Analyse de la provenance sédimentaire des bassins du Crétacé du système Andes-Amazonie-marge équatoriale et des relations avec la paléogéographie et la tectonique

Sedimentary provenance analysis of Cretaceous Basins in the Andes-Amazon Equatorial Margin System and its relation to paleogeography and tectonics)

• Auteur / Autrice : Mariana De Assunção Rodrigues
• Direction : Martin Roddaz, Roberto Ventura Santos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et des Planètes Solides
• Date : Soutenance le 18/12/2023
• Etablissement(s) : Toulouse 3 en cotutelle avec Universidade de Brasília
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Environnement Toulouse (2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Cécile Gautheron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Viers
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christian Gorini, Jean-Michel Lafon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géochimie isotopique

Sédiments (géologie) -- Analyse

Géodynamique

Mots clés libres

Provenance sédimentaire

Système Andes-Amazonie-marge équatoriale

Crétacé

Datation U-Pb sur zircons

Isotopie Sm-Nd

Sedimentary provenance

Andes-Amazon-Equatorial Margen

Cretaceous

U-Pb dating on zircons

Sm-Nd isotope composition

Résumé

Le Crétacé est caractérisé par d'importants changements paléogéographiques, géodynamiques et climatiques, incluant notamment la formation de nouveaux océans dont l'Océan Atlantique équatorial, la fragmentation continue du Gondwana et des périodes à effet de serre. Tous ces changements sont potentiellement contenus dans les enregistrements sédimentaires des bassins. Le système Andes-Amazonie-Marge équatoriale est un vaste système sédimentaire dont l'évolution géodynamique et paléoenvironnementale est enregistrée dans les bassins d'avant-pays retroarc amazonien, les bassins intracratoniques brésiliens et ceux de la marge équatoriale. Dans la partie occidentale (région andine), des études récentes suggèrent que le début de l'orogenèse andine s'est produit au cours du Crétacé supérieur, mais le développement des systèmes de drainage et la source des sédiments déposés au cours du Crétacé restent encore peu connus. Le Crétacé inférieur est enregistré dans des bassins brésiliens intracratoniques et équatoriaux et témoigne des phases de rifting crustal suivant la fragmentation du Gondwana. Le bassin d'Araripe est un bon exemple de ces bassins puis qu'il contient un registre sédimentaire complet et particulièrement bien étudié. Cependant, l'origine des sédiments issus des différentes étapes tectoniques de la formation de bassin ainsi que la provenance crétacée des incursions marines l'ayant affecté restent à préciser. Cette thèse vise à proposer une reconstruction paléogéographique du système Andes-Amazonie-Marge équatoriale pendant le Crétacé et à analyser les changements géodynamiques et tectoniques qu'ont affecté. Pour ce faire, nous avons utilisé les méthodes de la provenance et en particulier la géochimie des éléments majeurs et traces, la composition isotopique en Sm et Nd, les âges U-Pb sur zircons. Les résultats obtenus ont permis d'identifier les zones sources du bassin d'Araripe pendent les phases pré, syn et post-rift et ainsi de mieux comprendre la configuration paléogéographique de la région nord-est du Brésil au début du Crétacé. Les sédiments du bassin d'Araripe proviennent principalement des terrains Paléoprotérozoïque (2,3-1,6 Ga) de la province de Borborema et des plutons granitiques du cycle Brasiliano (720-541Ma). Le bassin possède une histoire sédimentaire liée aux phases de rupture de l'Atlantique Sud et équatorial. Pendant la phase pré-rift (~152-135 Ma), le bassin faisait partie de la dépression Afro-Brésilienne et recevait des sédiments en provenance du N-NO. Lors la phase rift (~135-125Ma), il y a eu un changement de source due à rupture continentale et à la formation de l'Atlantique Sud, avec un apport de sédiments en provenance de la partie orientale de la province de Borborema. Pendant la phase post-rift (121-113 Ma), le bassin a cessé d'être alimenté par la partie orientale et les incursions marines ont dominé l'environnement de sédimentation. Enfin, au cours de la phase post-rift II (113-100 Ma) un dernier changement de sources a été observée, avec des sources au NE qui reflètent le moment final de la fragmentation du Gondwana. L'étude de la provenance des sédiments des bassins de l'Amazonie occidentale (Acre et Madre de Dios) indique que les sources sont cratoniques, provenant principalement des terrains Ventuari-Tapajos (2,0 - 1,82 Ga) et Rio Negro - Juruena (1,82 - 1,54 Ga). Ces résultats indiquent qu'un vaste réseau de drainage intracontinental (''Sanozama'') qu'a émergé en réponse au soulèvement de l'Arche de Purus et des régions cratoniques du Brésil et des Guyanes pendant l'ouverture de l'océan Atlantique équatorial. L'intégration des résultats obtenue compilée avec les données de la littérature a permis de proposer quatre cartes paléogéographiques de la partie septentrionale de la plate-forme sud-américaine. Ils mettent en évidence comment les mécanismes géodynamiques liées à l'ouverture des océans atlantiques sud et équatoriaux ont contrôlé et façonné la paléogéographie de cette région.

The Cretaceous is characterized by major paleogeographic, geodynamic, and climatic changes, including the formation of new oceans such as the equatorial Atlantic Ocean, the continued fragmentation of Gondwana, and greenhouse effect periods. All these changes are potentially contained in the sedimentary records of the basins. The Andes-Amazonia-Equatorial Margin system is a vast sedimentary system whose geodynamic and palaeoenvironmental evolution is recorded in the Amazonian retroarc foreland basins, the Brazilian intracratonic basins, and those of the equatorial margin. In the western part (Andean region), recent studies suggest that the onset of the Andean orogeny occurred during the Late Cretaceous, but the development of drainage systems and the source of sediments deposited during the Cretaceous are still poorly understood. The Lower Cretaceous is recorded in Brazilian intracratonic and equatorial basins and bears witness to crustal rifting phases following Gondwana's break-up. The Araripe Basin is a good example of these basins since it contains a complete and particularly well-studied sedimentary record. However, the origin of the sediments from the various tectonic stages of basin formation and the Cretaceous origin of the marine incursions that affected it remain to be determined. The aim of this thesis is to propose a palaeogeographic reconstruction of the Andes-Amazonia-Equatorial Margin system during the Cretaceous and to analyze the geodynamic and tectonic changes that affected it. To do this, we used provenance methods, in particular major and trace element geochemistry, Sm and Nd isotopic composition, and U-Pb ages on zircons. The results obtained have enabled us to identify the source zones of the Araripe Basin during the pre-, syn- and post-rift phases and thus to gain a better understanding of the palaeogeographic configuration of the north-eastern region of Brazil at the beginning of the Cretaceous. The sediments in the Araripe basin come mainly from the Palaeoproterozoic (2.3-1.6 Ga) terrains of the Borborema province and the granitic plutons of the Brasiliano cycle (720-541Ma). The basin has a sedimentary history linked to the South Atlantic and equatorial break-up phases. During the pre-rift phase (~152-135 Ma), the basin was part of the Afro-Brazilian depression and received sediments from the N-NW. During the rift phase (~135-125Ma), there was a change in source due to continental break-up and the formation of the South Atlantic, with an influx of sediments from the eastern part of the Borborema province. During the post-rift phase (121-113 Ma), the basin ceased to be fed by the eastern part and marine incursions dominated the sedimentation environment. Finally, during the post-rift II phase (113-100 Ma) a last change in sources was observed, with sources to the NE reflecting the final moment of the fragmentation of Gondwana. A study of the provenance of sediments from the basins of western Amazonia (Acre and Madre de Dios) indicates that the sources are cratonic, originating mainly from the Ventuari-Tapajos (2.0 - 1.82 Ga) and Rio Negro - Juruena (1.82 - 1.54 Ga) terrains. These results indicate that a vast intracontinental drainage network ('Sanozama') emerged in response to the uplift of the Purus Arch and the cratonic regions of Brazil and the Guianas during the opening of the equatorial Atlantic Ocean. The integration of the results obtained compiled with data from the literature has made it possible to propose four palaeogeographic maps of the northern part of the South American platform. They highlight how geodynamic mechanisms linked to the opening of the South Atlantic and equatorial oceans controlled and shaped the paleogeography of this region.