Un modèle de collision arc insulaire

338 Pages·1998·28 MB·French

by  Monzier, Michel

PFU
THESE PRESENTEE A
L’UNIVERSITE FRANCAISE DU PACIFIQUE
Par
lehciM REIZNOM
UN ELEDOM ED COLLISION
CRA ERIALUSNI - EDIR EUQINAECO
EVOLUTION EUQINOTCET-OMSIS TE PETROLOGIE DES VOLCANITES
DE LA ZONE TNEMETNORFFA’D
ARC DES NOUVELLES-HEBRIDES - RIDE DES .ÉTUAYOL
VOLUME 1
Soutenue à Nouméa (Nouvelle-Calédonie) le 15 Novembre 1993,
devant le jury composé de:
Jean-Marie Auzende, ,REMERFI Nouméa
Dominique ,lezulC Professeur à ,.P.F.U’l Nouméa
Anthony J. ,drofwarC Professeur à l’Université de Tasmanie
Jacques Daniel, Directeur de Recherche, ,MOTSRO Nouméa
Jacques Dupont, Directeur de Recherche, ,MOTSRO Brest
yrreihT Juteau, Professeur à ,.O.B.U’l Brest
Christian Picard, ertiaM de Conférences, ,.P.F.U Nouméa
Claude Robin, Directeur de Recherche à ,MOTSRO’l aliV-troP
A une époque où la théorie de la “Tectonique des Plaques” ,tiamriffa’s .H
W. ,dranéM dans son ouvrage “Anatomy of an expedition” (1969), tiataler d’une
manière très vivante les premiers travaux un peu détaillé réalisés sur la
terminaison sud de la zone de subduction des Nouvelles-Hébrides, durant la
campagne Nova (1967).
“We deunitnoc htuos drawot eht nrehtuos egde fo eht ijiF ,uaetalP hcihw si
dellac eht retnuH erutcarf )yllacimsies(...enoz active ta sti nretsew erehT...dne na
gnitseretni melborp detsixe gnidrager eht erutan fo eht noitcesretni neewteb eht
erutcarf enoz gnidnert tsaehtron dna eht weN sedirbeH ,hcnerT a taerg ,peed
gnidnert .tsewhtron-htron diD eno egnahc otni eht rehto ro eno tue f$o eht ?rehto
If eht ,rettal eht eno tue sfo dluow eb eht ,redlo fi eht remrof yeht ylbaborp erew
suoenaropmetnoc dna dah eht emas eW...nigiro dessorc eht hcnert rof eht htxis
emit dna retfa gnittolper eht sgnidnuos dnuof taht ti denrut ni a htooms curve
Jrom tsewhtron-htron ot .tsae ehT weN sedirbeH hcnerT dedarg otni eht retnuH
erutcarf enoz tuohtiw a ngis fo yna detacnurt .serutcurts ehT hcnert dna erutcarf
enoz erew strap fo eno dna eht emas erutcurts dna ti demrof eht nretsew dna
nrehtuos seiradnuob fo eht ijiF .”uaetalP
Cette découverte du changement progressif d’orientation de la fosse ne
l’empêchait toutefois pas de proposer quelques lignes plus ,niol une hypothèse
plus conforme au modèle alors en cours d’élaboration:
fI“ eht weN sedirbeH hcnerT si ni a enoz fo noisserpmoc ew dluow suht
tcepxe raet stluaf selliaf=( transformantes) detcennoc ot eht sdne dna erom ro ssel
ralucidneprep ot eht .hcnert ehT retnuH erutcarf enoz si ni tsuj eht thgir noitisop
dna sekam tsuj eht thgir noitcennoc ot eb hcus a raet tluaf rof eht weN sedirbeH
.”hcnerT
siaM d’étonnements en nouveaux travaux et nouvelles interprétations (non
exemptes elles-mêmes d’insuffisances, ambiguïtés et contradictions, génératrices
de nouveaux étonnements!), n’est-ce pas ainsi que progresse la connaissance?
AVANT-PROPOS TE STNEMEICREMER
De 1974 à 1993, j’ai été affecté au Centre MOTSRO de Nouvelle-
Calédonie, dans une équipe de Géosciences marines, initialement dirigée par
Jacques Dubois, puis par Jacques Récy. Dans le cadre du programme “EVA”
(“Evolution des Arcs”) mené par étinU’l de Recherche 1F de MOTSRO’1
segraM“( actives et lithosphère océanique”), les travaux auxquels j’ai participé
dans le Sud-Ouest Pacifique, depuis le début des années 80, ont concerné, dans
leur majorité les terminaisons arquées des zones de subduction de la zone, que ce
soit celle, méridionale, de la zone de subduction des Nouvelles-Hébrides ou, pour
une moindre ,trap celle, septentrionale de la zone de subduction des Tonga-
Kermadec.
Ces deux terminaisons ayant connu des évolutions relativement comparables
au lif du temps, li a paru naturel de rassembler l’ensemble des publications les
concernant en un mémoire et d’en ,rerit après discussion, les éléments d’un
modèle d’évolution pour ce epyt de structure.
Pour assurer l’unité d’un ouvrage de compilation dont les éléments ont été
publiés de 1983 à 1993, un etxet original de synthèse a été rédigé, dans lequel la
démarche suivie est expliquée, les principaux résultats obtenus (avec renvoi aux
publications) sont soulignés, un modèle d’évolution est présenté et discuté, de
nouvelles perspectives de recherche sont dégagées.
Les résultats présentés ici sont d’une manière générale le tiurf d’un travail
d’équipe, qui s’impose naturellement lors de travaux à la mer. Ainsi, l’essentiel de
la collecte et du traitement des données a été réalisé en collaboration avec
l’ensemble de mes collègues de l’équipe de Géosciences marines de -MOTSRO’l
Nouméa, sous la direction de Jacques Récy: Catherine Baldassari, Francis
Bondoux, John Butscher, Philippe Chat-vis, Jean-Luc Chatelain, Roger Decourt,
Jacques Daniel, Jacques Dupont, Jean-Philippe Eissen, Roger ,yoF Ferdinand
,ewoG nnaY Hello, Claude ,yllihI François Jamet, erialiH ,yloJ André Lapouille,
lehciM ,ydraL lehciM Larue, Jean-Louis Laurent, Jean Lecolle, Jocelyne Le ,taG
Rémy Louat, Patrick ,telliaM François Missègue, Lucien ,dralloM Bernard
,reitelleP Lucien Pierron, Bernard Pontoise, Richard Prévot, craM Régnier,
Patrick Rigolot, Claude Robin, Denis Utramadra et Sylvestre Wahaga.
Outre Patrick ,telliaM avec qui, li y a bien longtemps, ces travaux
commencèrent, je tiens cependant à remercier tout particulièrement Jacques
Daniel, Jacques Dupont, Jean-Philippe Eissen, Rémy Louat, Bernard reitelleP et
Jacques Récy, pour le travail scientifique réalisé en commun et les discussions
animées (voire très animées!) qui tno’l émaillé. icreM également à Alain
kyzcsezrG (actuellement à l’Université des Sciences et Techniques Lille Flandres
,siotrA où li termine la rédaction d’une thèse sur la pétrologie-géochimie de
Futuna et ,ifolA îles situées le long de la terminaison nord, actuellement inactive,
de la zone de subduction des Tonga) pour sa participation à ces recherches, à
ynoT drofwarC et Leonid Danyushevsky (University of Tasmania) pour leur
collaboration et leur accueil à Hobart et à J. Cotten (Université de Bretagne
Occidentale, Brest) pour les analyses chimiques de haute qualité réalisées.
3
icreM également aux Commandants et équipages des navires
océanographiques de 1’IFREMER et de ,MOTSRO’l et aux équipes du
submersible “Le Nautile” ,)REMERFI( sans qui ce travail n’aurait pu être mené à
bien.
Je voudrais aussi remercier mes deux Directeurs de Thèse, Dominique
lezulC (Université Française du Pacifique, Nouméa) et Claude Robin ,)MOTSRO(
ainsi que les membres du ,yruj Jean-Marie Auzende ,)REMERFI( ynoT drofwarC
(University of Tasmania), Jacques Dupont ,)MOTSRO( Jacques Daniel
,)MOTSRO( yrreihT Juteau (Université de Bretagne Occidentale, Brest) et
Christian Picard (Université Française du Pacifique, Nouméa).
Enfin cet ouvrage n’aurait certainement pas vu le jour sans l’insistance de
Jacques Récy, l’aide précieuse de .C Picard, et les encouragements de Claude
Robin avec qui je partage depuis 1990 une nouvelle “aventure scientifique”, axée
cette fois sur la volcanologie de Vanuatu (arc des Nouvelles-Hébrides)...
eC liavart tse éidéd à ,eiraM ,ecnerolF anA te à mes stnerap
4
ERIAMMOS
VOLUME 1
1- NOITCUDORTNI
-P 9
-II PRESENTATION DES ZONES D’ETUDE p. 11
-A LA ZONE DE SUBDUCTION DES NOUVELLES-HEBRIDES
p. 11
-l La bordure orientale de la Plaque Australienne p. 11
a- Le Bassin des Santa zurC p. 15
b- Le fissaM Ouest-Torres p. 15
c- La Zone d’Entrecasteaux p. 15
d- Le Bassin Nord-Loyauté p. 15
e- La Ride des Loyauté p. 18
-f Le Bassin Sud-Fidjien p. 18
2- L’arc des Nouvelles-Hébrides p. 19
3- Le Bassin Nord-Fidjien p. 20
-B LA ZONE DE SUBDUCTION DES TONGA p. 20
-l L’arc des Tonga p. 21
2- Le Bassin de Lau p. 21
-C LE FITISOPSID DE LIAISON ENTRE LES XUED ZONES DE
SUBDUCTION p. 23
-III LA NOSIANIMRET SUD DE LA ZONE DE SUBDUCTION DES
NOUVELLES-HEBRIDES p. 24
-A LA COLLISION LNH (POUR ETUAYOL / NOUVELLES-
HEBRIDES) p. 24
-l Cadre régional de la collision LNH p. 24
2- Sismicité superficielle régionale et collision LNH p. 25
3- Etude morphostructurale détaillée de la zone LNH p. 29
a- La partie nord-ouest de la zone LNH p. 29
b- La partie centrale de la zone LNH p. 29
c- La partie sud-est de la zone LNH p. 31
4- Etude magnétique et gravimétrique de la zone LNH p. 31
5- Discussion p. 31
-B LES PLONGEES DU NAUTILE SUR LA ZONE DE COLLISION
LNH p. 37
5
l-Les siort plongées sur la Ride des Loyauté p. 39
a- Plongée no 8 p. 39
b- Plongée no 12 p. 42
c- Plongée no 9 p. 43
d- Géochimie des roches volcaniques p. 43
-Les blocs de laves p. 43
- Les basaltes p. 50
- Les comendites p. 50
-Les verres des brèches et tufs p. 53
e- Datations rA-K p. 58
-f Déterminations micropaléontologiques p. 58
g- Discussion p. 60
2- La plongée no 11 sur cra’l des Nouvelles-Hébrides p. 63
-C LES ANDESITES MAGNESIENNES DE LA NOSIANIMRET SUD
DE L’ARC DES NOUVELLES-HEBRIDES p. 64
1- Les volcans de la terminaison sud de la Chaîne Centrale des
Nouvelles-Hébrides p. 64
2- Définition des séries IAB et ,AMH géochimie des éléments
majeurs et en traces p. 65
a- Les séries IAB et AMH p. 65
b- Les éléments majeurs p. 65
c- Les laves du tnoM Gemini Ouest p. 75
d- Les éléments de transition p. 75
e- Les éléments incompatibles p. 75
3- Discussion p. 78
-D EUQIMANYDOEG DE LA JONCTION EXA-ESSOF NOISNAPXE’D
XUA SETIMERTXE MERIDIONALES DE L’ARC DES NOUVELLES-
HEBRIDES TE DU BASSIN NORD-FIDJIEN p. 80
-VI LA NOSIANIMRET NORD DE LA ZONE DE SUBDUCTION DES
TONGA p. 87
-A La Zone de Fracture Nord-Fidjienne p. 87
-B Les terminaisons nord de cra’l des Tonga et du Bassin de Lau p. 87
-C L’archipel de Horn, témoin privilégié de l’évolution régionale p. 89
-V UN MODELE D’EVOLUTION DES SNOSIANIMRET ARQUEES DE
ZONES DE SUBDUCTION SOUS NOITCA’L DE COLLISIONS :CRA-EDIR
LA NOITAMROF DE “TERRANES” p. 91
-A La terminaison nord de cra’l des Tonga et le ”enarret“ de Horn p. 91
-B La terminaison méridionale de cra’l des Nouvelles-Hébrides et la
microplaque de retnuH-wehttaM p. 91
6
-C Les terminaisons arquées des zones de subduction: un lieu propice à la
formation de “terranes” p. 92
-IV REFERENCES p. 95
-m-----II--
VOLUME II
SEXENNA
sexennA tnanrecnoc al nosianimret dus ed al enoz ed noitcudbus sed -sellevuoN
sedirbéH te sel senoz setnannorivne
exennA 1 -Maillet, P., ,reiznoM M., ,oleS .M te ,rezrotS ,.D .3891 ehT xuaetsacertnE’d enoZ
tsewhtuoS( Pacifie). A lacigolortep dna lacigolonorhcoeg .lasiarppaer eniraM ,ygoloeG
,35 p. .791-971 .p 107
exennA 2 ,reiznoM- M., Maillet, P., oyoF ,arerreH J., ,tauoL ,.R ,eugessiM F. te ,esiotnoP B.,
.a4891 ehT noitanimret of eht nrehtuos weN sedirbeH noitcudbus enoz metsewhtuos(
Pacifïc). ,scisyhponotceT ,101 .p -771 .481 .p 721
exennA 3 ,leinaD- J., Collot, J. Y., ,reiznoM M., Pelletier, B., ,rehcstuB J., ,sulpeD ,.C ,siobuD
J., ,drareG M., Maillet, P., ,terajnoM .M ,.C ,yceR J., ,draneR V., ,tologiR P. te
,nokameT J., .6891 noitcudbuS te collisions le gnol ed cra’l sed sedirbéH-sellevuoN
:)utaunaV( statlusér preliminaires ed la engapmac OSPAES geL( .)1 .C .R .dacA .CS
,siraP ,303 II, ,9 .p .018-508 .p 135
exennA 4 -Maillet, P., ,nessiE J.-P., ,elliuopaL A., ,reiznoM M., Baleivanualala, V., ,rehcstuB
J., Gallois, F. te ,ydraL M., .a6891 aL elasrod active ud nissaB neijdiF-droN ertne
S°00,02 te :s”3502 erutangis euqiténgam te .eigolohprom .C .R .dacA Sci. ,siraP ,203
p. 141
II, ,3 .p .041531
exennA 5 -Maillet, P., ,reiznoM .M te Lefevre, ,.C .b6891 ygolorteP of wehttaM dna retnuH
,seonaclov htuos weN sedirbeH dnalsi cra tsewhtuos( Pacifie). J. .lonacloV .mrehtoeG
,.seR ,03 .p .72-l .p 741
exennA 6 ,tauoL ,.R ,regrubmaH M., te reiznoM M., .8891 wollahS dna htped-etaidemretni
seismicity in eht weN sedirbeH cra : stniartsnoc no eht noitcudbus ,ssecorp in H.G.
eneerG te F.L.Wong, ,.sde ygoloeG dna Offshore secruoseR of Pacifïc dnalsI ,scra
utaunaV noiger : Circum-Pacifie licnuoC for ygrenE dna 1areniM ,secruoseR ,notsuoH
p. 179
Texas, htraE Sci. ,.reS v. ,8 .p .653-923
exennA 7 -Maillet, P., ,reiznoM M., ,nessiE J.P., te ,tauoL ,.R .9891 scimanydoeG of na -cra
egdir noitcnuj : eht esac of eht weN sedirbeH htroN/cra Fiji nisaB : ,scisyhponotceT
,561 .p .862-152 .p 702
exennA 8 ,reiznoM- M., ,niluoB J., Collot, J.-Y., ,leinaD J., ,dnamellaL S. te Pelletier, B., .9891
sreimerP statlusér sed seégnolp elituaN ed la engapmac OSPBUS 1 rus la enoz ed
collision ediR“ sed étuayoL / cra sed ”sedirbéH-sellevuoN tseuO-duS( Pacifique), .C
p. 223
.R .dacA Sci. ,siraP ,903 II, .p .6702-9602
7
exennA 9 ,reiznoM- M., ,leinaD J., te Maillet, P., .0991 aL collision ediR“ sed étuayoL / cra sed
”sedirbéH-sellevuoN euqificaP( .)tseuO-duS acigolonaecO ,atcA laicéps ,01 setcA ud
:euqolloc ruoT ud ednoM naeJ“ ,”tocrahC ,siraP ,9891 .p .65-34 p. 231
exennA 01 ,inoiggatnoM- ,.L Butterlin, J,, ,noçalG G., Collot, J.-Y., ,reiznoM M., Pelletier, B.,
,niluoB J., ,dnamellaL S., ,leinaD J., ,eruaF G., ,egaR-tairuaL A., ,éryeP-cenéV -.M
T., ,uaednolB A., ,teuozoL P., ,telecaV J. te ,tonibaB J.-F, .1991 Signification
euqimanydoég sed seriaclac ed plate-forme ne sruoc ed noitcudbus suos cra’l sed
sedirbéH-sellevuoN tseuo-dus( ed naécO’l Pacifique). .C .R .dacA Sci. ,siraP ,313 II,
.p .866-166 p. 245
exennA 11 etrac( )etxet-sroh reiznoM- M., Maillet P., tnopuD J., .2991 etraC euqirtémyhtab sed
seitrap selanoidirém ed cra’l erialusni sed sedirbéH-sellevuoN te ud nissab -droN
Fidjien. Institut siaçnarF ed ehcrehceR Scientifique ruop le tnemeppolevéD ne
noitarépooC ,)MOTSRO( .siraP etxet-sroH
exennA 21 ,reiznoM- M., ,yksvehsuynaD .L V., ,drofwarC A. J., ,nolleB .H te ,nettoC J., suos
.esserp gM-hgiH setisedna from eht mehtuos noitanimret of eht weN sedirbeH dnalsi
cra (SW Pacifie). J. Volt. .mrehtoeG seR .,... p. 253
sexennA tnanrecnoc al nosianimret dron ed al enoz ed noitcudbus sed agnoT te sel
senoz setnannorivne
exennA 31 ,kyzcsezrG- A., ,nessiE J.P., ,tnopuD J., Lefèvre, ,.C Maillet, P., te ,reiznoM M.,
.7891 eihpargortéP te eigolarénim sed îles anutuF te Alofi, MOT ed Wallis te anutuF
euqificaP( .)tseuO-duS .R.C .dacA Sci. ,siraP ,503 II, .p .89-39 p. 309
exennA 41 ,kyzcsezrG- A., ,reiznoM M., Lefèvre, ,.C Butterlin, J., ,tnopuD J., ,nessiE J.P.,
,noçalG G., Maillet, P., te Muller, ,.C .b8891 eigoloéG sed îles anutuF te Alofi MOT(
sed îles Wallis te .anutuF euqificaP )tseuO-duS : seénnod préliminaires : eigoloéG ed
la ,ecnarF ,3-2 .p .431-131 p. 315
exennA 51 ,tauoL ,.R ,reiznoM M., kyzcsezrG A., ,tnopuD J., ,nessiE J.P., te Maillet, P., .9891
Sismicité superficielle à proximité sed îles ed nroH eriotirreT( ed Wallis te anutuF -
euqificaP :)duS seuqitsirétcarac te .secneuqésnoc .R.C .dacA Sci. ,siraP ,803 II, .p
319
.494-984 .p
exennA 61 ,kyzcsezrG- A., Lefèvre, ,.C ,reiznoM M., ,nessiE J.P., ,tnopuD J. te Maillet, P.,
991 .1 esiM ne ecnedivé nu’d volcanisme lennoitisnart enècoilP rueirépus rus anutuF te
Alofi tseuO-duS( )euqificaP : nu uaevuon témoin ed l’évolution euqimanydoég -droN
325
.agnoT .R.C .dacA Sci. ,siraP 3 ,21 II, .p .027-317 .p
8
1- NOITCUDORTNI
A tsE’l de ,eilartsuA’l la limite actuelle entre les Plaques Australienne* et
Pacifique est marquée par les zones de subduction à pendages opposés des
Nouvelles-Hébrides et Tonga-Kermadec, par les axes d’expansion des bassins
marginaux Nord-Fidjien et de Lau, ainsi que par un dispositif complexe
d’accidents transformants tnailer ces divers éléments .giF( 1 et 2; reitelleP et
Louat, 1989a). Alors que la Plaque Pacifique plonge “normalement” vers l’Ouest
sous cra’l des Tonga-Kermadec, la Plaque Australienne plonge vers tsE’l sous
cra’l des Nouvelles-Hébrides.
Depuis Isacks te .la (1968), ce dispositif exceptionnel, où deux subductions
majeures fonctionnent aux mêmes latitudes avec des plongements opposés et des
xuat de convergence élevés .giF( ,)2 a toujours éritta les scientifiques. Ainsi, au
début des années 70, l’équipe de Géosciences marines du Centre MOTSRO de
Nouméa a été constituée par Jacques Dubois pour étudier cette zone du Sud-Ouest
Pacifique, qui est d’ailleurs restée, au lif du temps, son principal chantier.
*on entend ici par Plaque Australienne la partie orientale de ce qui tiaté
auparavant nommé Plaque Indo-Australienne; en ,teffe compte-tenu de la
sismicité et des déformations importantes affectant le Bassin Indien Central, li
vaut mieux considérer les Plaques Indienne et Australienne comme distinctes
,reyoR( 1993)
9
erugiF 1
EL tseuO-duS Pacifique. noitautiS sed scra serialusni sed sedirbéH-sellevuoN te sed -agnoT
;cedamreK eirtémyhtab ne kilomètres.
01