Géométrie et cinématique du Zagros Oriental (Iran) : géologie structurale et modélisation géophysique dans une chaîne récente de chevauchement – plissement

Pr. Mary FORD, CRPG, Vandoeuvre-Les-Nancy, Rapporteur Dr. Jaume VERGES, Inst. of Earth Sciences, Barcelona, Rapporteur Pr. Dominique FRIZON de LAMOTTE, Univ. de Cergy Pontoise, Directeur de thèse Dr. Jean-Claude GUEZOU, Univ. de Cergy Pontoise, Co-Directeur de thèse Dr. Jean LETOUZEY, Institut Français du Pétrole, Examinateur Pr. Hermann ZEYEN, Univ. Paris XI Orsay, Examinateur Dr. Jean-Claude RINGENBACH, Total, Membre invitéThis thesis focuses on the structure and kinematics of the south-eastern Zagros Mountains (Iran) and the transitional structures with the adjacent Makran accretionary prism, known as the Bandar Abbas syntaxis. The structural framework of this complex region, as evidenced by detailed field-based mapping and balanced cross-sections through some key structures, is strongly controlled by changing mechanical stratigraphy from one side to the other of the syntaxis. Large folds detaching over a thick 8-9 km deep salt layer on the western side suddenly give way to narrow folds controlled by frictional slip along a 6-km deep horizon in the east. This is explained by changing paleogeographic conditions from one side to the other of the syntaxis ultimately related to inherited (Precambrian) structural features of the eastern Arabian margin. Restoration of the first complete balanced cross-section through the south-eastern Zagros fold-thrust belt shows that the external part of the orogen (a) underwent two main phases of deformation, i.e. a Mio-Pliocene thin-skinned phase of deformation followed and partly overprinted by a Pliocene to recent thick-skinned phase currently underlined by intense mid-crustal seismic activity throughout Zagros, and (b) absorbed at least 45 km of shortening since middle Miocene times. The presence of an exceptionally thick layer of salt at the base of the cover allowed the development of huge detachment anticlines. Field examples from our study area and seismic profiles from Central Zagros allow us to discuss the still poorly understood kinematics of these folds as well as examine the various factors controlling the style of folding, essentially salt mobility, multiple decollement levels and late basement faulting. Finally, geophysical modelling of the deep lithospheric structure of Zagros brings new insight on the fundamental factors controlling the recent orogenic dynamics. In particular, a previously undocumented thinning of the lithosphere beneath Zagros could be attributed to recent slab break-off. It is argued that such a major dynamic event could have modified the orogenic wedge taper and triggered the previously discussed switch from thin-skinned to thick-skinned tectonics.L'objectif de cette thèse est l'étude de la structure et la cinématique du Zagros oriental (Iran) et de la zone de transition avec le prisme du Makran appelée syntaxe de Bandar Abbas. Une étude structurale de terrain a été menée pour tenter de comprendre l'architecture de cette région complexe. L'analyse détaillée en carte et en coupe d'un certain nombre de structures typiques montre le contrôle exercé par la stratigraphie mécanique sur le mode de plissement de chaque côté de la syntaxe. Les grands plis dans l'ouest de la syntaxe sont décollés sur une puissante série évaporitique située à 8-9 km de profondeur, tandis que les plis étroits situés à l'est sont décollés sur un niveau à 6 km. Ceci est expliqué par un changement des conditions paleogéographiques d'un côté à l'autre de la syntaxe lié à l'influence de structures (Précambriennes) héritées dans la marge arabe orientale. La restauration de la première coupe équilibrée à travers le sud-est de la ceinture du Zagros permet de montrer que le Zagros plissé a subi deux phases tectoniques majeures, une première, d'age Mio-Pliocene, impliquant la couverture suivie par une deuxième, d'âge Pliocène, impliquant le socle - couverture. Celle-ci se poursuit jusqu'à l'actuel et est soulignée partout dans le Zagros par une sismicité intense dans la croûte supérieure. Le raccourcissement accommodé dans la section depuis le Miocène moyen est d'au moins 45 km. La présence d'une puissante série évaporitique à la base de la couverture a favorisé le développement de grands plis de décollement. L'analyse d'exemples de terrain dans la région d'étude ainsi que de profils sismiques dans le Zagros Central permet de discuter la cinématique de ces plis ainsi que les facteurs contrôlant leur style, notamment la mobilité du sel, l'existence de multiples décollements et le rôle tardif des failles de socle. Enfin, une modélisation géophysique de la structure lithosphérique du Zagros permet de discuter les facteurs fondamentaux qui ont guidé l'évolution récente de l'orogène. On met en évidence un amincissement lithosphérique qui pourrait être lié à un détachement récent du slab plongeant. On propose que ce processus, en modifiant l'angle critique du prisme orogénique, est le facteur fondamental qui a déclenché la transition d'une tectonique de couverture à une tectonique de socle - couverture