In contrast to the oceans, deformation in the continental lithosphere is distributed over broad regions. This dissertation is composed of three separate but related studies investigating the kinematics and dynamics of such deformation. The first two studies look at the Makran subduction zone, and the third focusses on deformation in South East Tibet. The first study is an investigation of the 11 May 2013 M w 6.1 Minab earthquake which occurred at the western end of the Makran subduction zone, adjacent to the transition to continent-continent collision in the Zagros mountains. Seismological, geodetic and field results are used to study the source parameters and slip distribution of this earthquake, and demonstrate that the earthquake was left-lateral and occurred on a fault striking ENE–WSW; approximately perpendicular to previously studied faults in the adjacent Minab-Zendan-Palami fault zone. Geological and geomorphological observations of similar faults in the vicinity are used to infer that vertical-axis rotations allow a series of such faults to accommodate ∼15–19 mm/yr of N–S right-lateral shear. The dynamic implications for the transition between subduction and continental collision are discussed. The second study looks at the Makran region as a whole. First, the shape and depth of the interface with the Arabian plate is constrained by modelling the depths and mechanisms of earthquakes across the region, and combining these with additional seismological constraints. These constraints on the subduction interface are used to investigate elastic strain accumulation on the megathrust in the western Makran, which has important implications for seismic and tsunami hazard in the region. Second, the kinematics at the northern edge of the Makran accretionary prism are investigated using a combination of geodetic and geomorphological observations, addressing the long-standing tectonic problem of how the right-lateral shear taken up by strike-slip faulting in the Sistan Suture Zone in eastern Iran is accommodated at the zone’s southern end. Finally, the kinematics and dynamics of the accretionary prism are investigated. By considering the kinematics of the 2013 Balochistan and Minab earthquakes, local gravitational and far-field compressive forces in the Makran accretionary prism are inferred to be balanced. This force balance allows the mean shear stress and effective coefficient of friction on the Makran megathrust to be calculated, 5–35 MPa and 0.01–0.03 respectively. The final part of this thesis focusses on the temporal evolution of topography in South East Tibet. Recently published paleoaltimetry results based on stable-isotope geochemistry are used to provide constraints on vertical motions. These demonstrate that uplift is much slower than had previously been suggested from thermochronometric data. Numerical modelling of the time evolution of a gravitationally-driven fluid is used to investigate the effect of lateral rheological contrasts on the shape and evolution of topography. In such a flow, material at the surface can be transported hundreds of kilometres, an effect which should be accounted for in paleoaltimetric analysis. Lateral rheological contrasts, analogous to the relatively undeforming Sichuan Basin and Central Lowlands of Myanmar, can reproduce the main features of the present-day topography, GPS velocity field and earthquake-derived strain rate without the need for a low-viscosity lower-crustal channel.

Cette thèse a deux objectifs principaux: (i) la reconstruction de l'évolution des plaines côtières autour des baies de Chabahar et de Pozm et (ii) L'évaluation des risques côtiers (tsunamis et tempêtes extrêmes) par l'étude des dépôts de haute énergie. Vastes plaines côtières et paleo-rivages protégées par des terrasses marines soulevées sont présents autour des baies de Chabahar et Pozm. Nous avons mise en évidence des changements du niveau marin relatif le long de quatre profils. L'architecture interne des paleo-rivages a été imagée en utilisant le géoradar (GPR). Des analyses sédimentologiques et stratigraphiques des séquences côtières ont été examinées par carottages et tranchées. Les paleo-rivages sont datées entre 4800 et 270 ans BP à des distances respectives de 5 km et de 670 m du rivage actuel. La position spatiale des paléo-rivages montre une chute du niveau relatif de la mer de 15 m au cours des 4800 derniers années. Nous insistons aussi sur le rôle de contrôle des structures géologiques. Les dépôts d'événements (tsunami et tempêtes) ont été étudiés en contexte de côte meuble par Les sédiments sableux et coquilliers d'origine marine, et sur les côtes rocheuses par les dépôt des blocs déplacés. Nous avons appliqué des modèles hydrologiques pour évaluer et comparer la hauteur des vagues et la distance d'inondation. Nos résultats montrent qu'aucun événement de tempête, connu ou potentiel, n'est capable de transporter les blocs observés. Des vagues de tsunamis de l'ordre de 4 m de hauteur sont suffisantes pour transporter les blocs. La côte de Makran a enregistré des indices de paléo-tsunamis probablement générés par de grands séismes dans la zone de subduction. / In this thesis we have two main goals: (i) to reconstruct the Holocene coastal evolution and relative sea-level changes using strandplains around the Chabahar and Pozm bays; and (ii) to evaluate coastal hazards (tsunami and extreme storms) along the Iranian coast of Makran using high-energy deposits. Since the mid-Holocene, the shoreline rimming the bays of Chabahar and Pozm has prograded ~5 km and formed extensive strandplains. We documented relative sea-level changes along four coast-normal profiles. Internal architecture of strandplain imaged using Ground Penetrating Radar (GPR). The sedimentology and stratigraphy of the coastal sequence were studied by coring and trenching. The highest paleo-coastline is located about 5 km inland and stands approximately 15 m above present sea level. Paleo-shorelines date back between 4800 and 270 years BP at respective distances of 5 km to 670 m from the active shoreline. The spatial position of the palaeo-coastlines demonstrates a fall in local sea level of around 15 m during the last ~4800 years. Event deposits attesting to high-energy waves have been studied in low-lying coast by study of Over-washed sandy and shelly marine sediment and on the rocky shore by study of displaced boulder deposits. We applied hydrologic models to estimate the height and inundation distance of exceptional waves. Our results demonstrate that no known or probable storm is capable of detaching and transporting the boulders. Tsunami waves 4 m in height are enough to transport the boulders. We conclude the Makran coast has archived evidence of palaeo-tsunami events generated in the Makran subduction zone.

This study shows that remote sensing and GIS are powerful tools in identifying geologically induced lineaments from digitally enhanced ETM+ satellite imageries and the digital elevation model (DEM) in remote areas such as the Makran accretionary prism, southeast Iran. The presence of the conjugate shear fractures in the eastern part, along with the extensional, and the presence of reidal sets associated with the subsidiary fractures of the Minab-Zendal fault system in the western part, suggests that the structural pattern changes from pure shear to simple shear from east to the west across the prism. Moreover, the gradual increase in the value of the angle between the two conjugate shear fractures, from south (coastal Makran) to north across the prism, and the presence of high-angle north-dipping reverse faults, with few south-dipping normal faults, suggest that deformation changes from brittle, in the south, to ductile in the northern part of the prism.

Les failles importantes en coulissage orientées NS comme la faille du Zendan-Minab-Palami (ZMP) et la faille de Borazjan-Kazerun-Dena séparent des styles différents de déformation au sud de l'Iran. Le ZMP sépare la zone de collision du Zagros à la zone de subduction du Makran. Nous utilisons des données microsismiques et téléséismiques enregistrées par un réseau temporaire de 50 stations qui a fonctionné en novembre et décembre 1999. La microsismicité observée dans cette région montre une activité diffuse entre la faille de Zendan-Minab-Palami et la faille de Jiroft, limitée par la dépression du Jaz-Murian. La distribution de la sismicité en profondeur montre que nos données sont localisées entre 15-35 km, plus profond que dans le Zagros et avec une augmentation des profondeurs vers le NE. L'analyse des mécanismes au foyer montre des mécanismes en coulissage dextre et des mécanismes en chevauchement de pendage faible distribués en profondeur. L'inversion des résidus des séismes locaux montre une anomalie de vitesse plongeant vers le N associée aux séismes. La tomographie téléséismique confirme une variation importante de la structure au passage de la faille zone de Zendan-Minab-Palami, rapide sous le Zagros, lente à proximité du ZMP, qui affecte toute la croûte et le manteau supérieur. L'analyse des fonctions récepteurs montre une structure complexe sous la zone de faille de Zendan-Minab-Palami avec des conversions dans la croûte supérieure à 15 km . En revanche l'interface observée pour la région du Makran se situe à 35 km profondeur. Un réseau temporaire de 29 stations sismologiques a fonctionné en avril et juin 2002 dans la région de Borujen située dans le Zagros nord , au nord du système Qatar-Kazerun. La distribution de la sismicité dans cette région est diffuse et suit approximativement la direction des structures tectoniques, la faille de Dena, d'Ardal (MRF) et le HZF. En revanche le MZT (Main Zagros Thrust) n'est pas sismiquement actif. La sismicité est localisée entre 2-16 km de profondeur et montre des alignements verticaux à proximité de la faille d'Ardal et la faille de Dena. L'analyse des mécanismes au foyer montre des mécanismes en décrochement et des mécanismes en chevauchement. L'étude de la structure de la croûte en utilisant la méthode des fonctions récepteurs montre une conversion claire à 60 km de profondeur sans aucune variation importante au passage de la faille de Dena.

Les transitions spatiale et temporelle de la subduction à la collision sont des charnières géodynamiques. Nous précisons dans ce travail le rôle et le devenir de ces zones grâce à des modèles analogiques et l'étude tectonique d'un cas réel. La modélisation a montré qu'une transition temporelle entre subduction et collision est toujours marquée par une phase de subduction continentale. La durée de cette phase dépend de la façon dont se déforme la lithosphère subductée en profondeur. Plus elle se déforme, plus courte est la subduction continentale. Dans le cas d'une transition latérale entre subduction et collision, la déformation de la plaque supérieure est aussi fonction de sa résistance à la déformation et notamment de l'existence de zones de faiblesse. Notre analyse tectonique montre que la déformation actuelle à la transition Zagros-Makran (SE Iran) est distribuée sur un large domaine, au niveau de deux systèmes de failles, d'orientation N 160° et N 0°. Le régime est globalement transpressif, et montre deux phases distinctes. 1-Mio-Pliocène : failles inverses avec un probable partitionnement avec des plis. 2-Plio-Quaternaire : déformation purement cassante, avec une contrainte principale horizontale, s1, de direction NE-SO, homogène sur toute la zone. L'analyse de marqueurs géomorphologiques décalés et datés (datations 10Be, et corrélations paléoclimatiques et archéologiques), nous a permis de déterminer les vitesses de déplacement de chaque faille et d'obtenir le déplacement total sur la zone, de 12±2 mm/a dans une direction environ ~10°. La distribution de la déformation montrée par la tectonique peut être attribuée à la prolongation du slab du Makran sous le Zagros, et montre, comme la modélisation, à quel point la déformation de surface est tributaire de processus profonds. La déformation en Iran comme celle des modèles montre de plus une forte localisation de la déformation par des zones de faiblesse héritées de l'histoire géologique régionale.