Abstract not available

The Alpine Fault is the major structure of the Pacific-Australian plate boundary through New Zealand�s South Island. During dextral reverse fault slip, a <5 million year old, ~1 km thick mylonite zone has been exhumed in the hanging-wall, providing unique exposure of material deformed to very high strains at deep crustal levels under boundary conditions constrained by present-day plate motions. The purpose of this study was to investigate the fault zone rheology and mechanisms of strain localisation, to obtain further information about how the structural development of this shear zone relates to the kinematic and thermal boundary constraints, and to investigate the mechanisms by which the viscously deforming mylonite zone is linked to the brittle structure, that fails episodically causing large earthquakes. This study has focussed on the central section of the fault from Harihari to Fox Glacier. In this area, mylonites derived from a quartzofeldspathic Alpine Schist protolith are most common, but slivers of Western Province-derived footwall material, which can be differentiated using mineralogy and bulk rock geochemistry, were also incorporated into the fault zone. These footwall-derived mylonites are increasingly common towards the north. At amphibolite-facies conditions mylonitic deformation was localised to the mylonite and ultramylonite subzones of the schist-derived mylonites. Most deformation was accommodated by dislocation creep of quartz, which developed strong Y-maximum crystallographic preferred orientation (CPO) patterns by prism (a) dominant slip. Formation of this highly-oriented fabric would have led to significant geometric softening and enhanced strain localisation. During this high strain deformation, pre-existing Alpine Schist fabrics in polyphase rocks were reconstituted to relatively well-mixed, finer-grained aggregates. As a result of this fabric homogenisation, strong syn-mylonitic object lineations were not formed. Strain models show that weak lineations trending towards ~090� and kinematic directions indicated by asymmetric fabrics and CPO pattern symmetry could have formed during pure shear stretches up-dip of the fault of ~3.5, coupled with simple shear strains [greater than or equal to]30. The preferred estimate of simple:pure shear strain gives a kinematc vorticity number, W[k] [greater than or equal to]̲ 0.9997. Rapid exhumation due to fault slip resulted in advection of crustal isotherms. New thermobarometric and fluid inclusion analyses from fault zone materials allow the thermal gradient along an uplift path in the fault rocks to be more precisely defined than previously. Fluid inclusion data indicate temperatures of 325+̲15�C were experienced at depths of ~45 km, so that a high thermal gradient of ~75�C km⁻� is indicated in the near-surface. This gradient must fall off to [ less than approximately]l0�C km⁻� below the brittle-viscous transition since feldspar thermobarometry, Ti-inbiotite thermometry and the absence of prism(c)-slip quartz CPO fabrics indicate deformation temperatures did not exceed ~ 650�C at [greater than or equal to] 7.0-8.5�1.5 kbar, ie. 26-33 km depth. During exhumation, the strongly oriented quartzite fabrics were not favourably oriented for activation of the lower temperature basal(a) slip system, which should have dominated at depths [less than approximately]20 km. Quartz continued to deform by crystal-plastic mechanisms to shallow levels. However, pure dislocation creep of quartz was replaced by a frictional-viscous deformation mechanism of sliding on weak mica basal planes coupled with dislocation creep of quartz. Such frictional-viscous flow is particularly favoured during high-strain rate events as might be expected during rupture of the overlying brittle fault zone. Maximum flow stresses supported by this mechanism are ~65 Mpa, similar to those indicated by recrystallised grain size paleopiezometry of quartz (D>25[mu]m, indicating [Delta][sigma][max] ~55 MPa for most mylonites). It is likely that the preferentially oriented prism (a) slip system was activated during these events, so the Y-maximum CPO fabrics were preserved. Simple numerical models show that activation of this slip system is favoured over the basal (a) system, which has a lower critical resolved shear stress (CRSS) at low temperatures, for aggregates with strong Y-maximum orientations. Absence of pervasive crystal-plastic deformation of micas and feldspars during activation of this mechanism also resulted in preservation of mineral chemistries from the highest grades of mylonitic deformation (ie. amphibolite-facies). Retrograde, epidote-amphibolite to greenschist-facies mineral assemblages were pervasively developed in ultramylonites and cataclasites immediately adjacent to the fault core and in footwall-derived mylonites, perhaps during episodic transfer of this material into and subsequently out of the cooler footwall block. In the more distal protomylonites, retrograde assemblages were locally developed along shear bands that also accommodated most of the mylonitic deformation in these rocks. Ti-in-biotite thermometry suggests biotite in these shear bands equilibrated down to ~500+̲50�C, suggesting crystal-plastic deformation of this mineral continued to these temperatures. Crossed-girdle quartz CPO fabrics were formed in these protomylonites by basal (a) dominant slip, indicating a strongly oriented fabric had not previously formed at depth due to the relatively small strains, and that dislocation creep of quartz continued at depths [less than or equal to]20 km. Lineation orientations, CPO fabric symmetry and shear-band fabrics in these protomylonites are consistent with a smaller simple:pure shear strain ratio than that observed closer to the fault core (W[k] [greater than approximately] 0.98), but require a similar total pure shear component. Furthermore, they indicate an increase in the simple shear component with time, consistent with incorporation of new hanging-wall material into the fault zone. Pre-existing lineations were only slowly rotated into coincidence with the mylonitic simple shear direction in the shear bands since they lay close to the simple shear plane, and inherited orientations were not destroyed until large finite strains (<100) were achieved. As the fault rocks were exhumed through the brittle-viscous transition, they experienced localised brittle shear failures. These small-scale seismic events formed friction melts (ie. pseudotachylytes). The volume of pseudotachylyte produced is related to host rock mineralogy (more melt in host rocks containing hydrated minerals), and fabric (more melt in isotropic host rocks). Frictional melting also occurred within cataclastic hosts, indicating the cataclasites around the principal slip surface of the Alpine Fault were produced by multiple episodes of discrete shear rather than distributed cataclastic flow. Pseudotachylytes were also formed in the presence of fluids, suggesting relatively high fault gouge permeabilities were transiently attained, probably during large earthquakes. Frictional melting contributed to formation of phyllosilicate-rich fault gouges, weakening the brittle structure and promoting slip localisation. The location of faulting and pseudotachylyte formation, and the strength of the fault in the brittle regime were strongly influenced by cyclic hydrothermal cementation processes. A thermomechanical model of the central Alpine Fault zone has been defined using the results of this study. The mylonites represent a localised zone of high simple shear strain, embedded in a crustal block that underwent bulk pure shear. The boundaries of the simple shear zone moved into the surrounding material with time. This means that the exhumed sequence does not represent a simple 'time slice' illustrating progressive fault rock development during increasing simple shear strains. The deformation history of the mylonites at deep crustal P-T conditions had a profound influence on subsequent deformation mechanisms and fabric development during exhumation.

Le domaine valaisan dessine la suture majeure qui marque la limite entre les zones internes et externes des Alpes occidentales et dont l'interprétation géodynamique était controversée. Cette suture est constituée d'une série de flysch (le flysch valaisan) et d'un complexe magmatique et sédimentaire (le complexe du Versoyen). Suivant les auteurs, les roches magmatiques d'affinité tholéïtique pourraient représenter: 1) une klippe d'origine piémontaise (suture d'hyper-collision), 2) une écaille ophiolitique située au front d'un prisme d'accrétion (suture océanique), 3) un complexe magmatique lié à un amincissement crustal (inversion structurale). Le but de ce travail était de trouver des arguments qui permettaient de résoudre cette controverse. Ainsi les résultats de ce travail montrent que : - Dans la région du col du Petit-Saint-Bernard (frontière franco-italienne), certaines tholéïtes sont recoupées par des filons leucocrates qui correspondent à des liquides différenciés, cogénétiques du magmatisme. Les datations UlPb sur les zircons contenus dans l'un de ces filons indiquent un âge Carbonifère supérieur- Permien inférieur pour le magmatisme du Versoyen. - Ce magmatisme présente des caractères géochimiques et isotopiques, intermédiaires entre ceux des N-MORB et des T-MORB, dans les régions du col du Petit-Saint-Bernard et de Visp (Suisse). Ces tholéïtes dériveraient de la fusion partielle d'un manteau appauvri (de type N-MORB), avec probablement la participation d'une source enrichie (de type OIB), ce qui est en accord avec une mise en place dans un domaine en cours d'océanisation. - Le complexe du Versoyen est affecté par un métamorphisme polyphasé éclogitique, puis schiste bleu et enfin schiste vert. La paragénèse éclogitique correspond à des conditions de Haute-Pression et Basse-Température (P > 13Kb, 425 < T < 475°C) qui traduisent un enfouissement à grande profondeur, lié à une subduction. Les datations Ar/Ar réalisées sur les phengites donnent des âges de refroidissement proches de 33 Ma et permettent d'établir le chemin P-T-t de ce complexe au cours de l'exhumation des éclogites. - Le complexe du Versoyen est affecté par une déformation syn-schiste vert qui correspond à un jeu normal vers le SE. La comparaison entre les données de terrain et les données sismiques ECORS suggère que les failles normales se prolongent en profondeur et s'applatissent vers 10-15 km. Cette déformation postérieure à 38 Ma explique en partie l'exhumation des éclogites. Ce jeu normal est contemporain de chevauchements dans la zone externe et pourrait accommoder un réamincissement crustal au cours de la collision alpine. Ces données montrent que l'individualisation du substratum du domaine valaisan est liée au cycle hercynien et que ses relations complexes avec le flysch sus-jacent sont liées à une inversion structurale anté-flysch, alors que son évolution tectono-métamorphique est controlée par une extension succèdant aux phases compressives.

La frontière tectonique entre les plaques indienne et birmane est principalement décrochante avec une faible composante de raccourcissement. La plaque subduite, le bassin du Bengale, est parcourue par des hétérogénéités crustales majeures acquises lors de son processus de formation et de migration vers le Nord (rides de point chaud, failles transformantes...). La plaque supérieure, la microplaque birmane, délimitée à l'Est par la faille décrochante dextre de Sagaing, est dans la zone d'influence du flux crustal Est-Tibétain. <br />Le long d'une large coupe Terre-Mer depuis le bassin du Bengale jusqu'au Nord de la Birmanie, je me suis intéressé à la géométrie structurale et à la cinématique de la subduction hyper-oblique Indo-Birmane en insistant sur les effets d'éléments perturbateurs (flux et hétérogénéités crustaux). Par une approche pluridisciplinaire combinant des observations géologiques structurales de terrain, des données géophysiques marines et des mesures géodésiques, je présente un modèle d'évolution néogène de la subduction oblique en réponse à ces perturbations. Une étude de la sismicité et quelques mesures paléomagnétiques ont complété ce travail.<br /><br />La ride de 90°E, formée au sein de la croûte océanique du Bengale vers 100Ma, est entrée en collision avec la marge Birmane au Miocène supérieur. Elle a probablement bloqué la subduction dans sa partie méridionale de telle sorte que seule une déformation décrochante dextre le long de son flanc Est est exprimé structuralement. Au Nord de la ride, le prisme externe Indo-Birman est libre de se développer rapidement vers l'Ouest depuis 2Ma à la faveur d'une forte épaisseur de sédiments déposés sur la plaque plongeante (delta du Ganges-Brahmapoutre).<br />Ce prisme Indo-Birman, construit en convergence hyper-oblique, a enregistré un partitionnement de la déformation : les zones internes sont cisaillées sur une direction Nord-Sud et les zones externes sont raccourcies sur une direction Est-Ouest. <br />La faille de Sagaing est défléchie de plus de 100km vers l'Ouest dans sa partie Nord. Je propose un modèle dans lequel le flux crustal résultant de l'effondrement du Tibet, est responsable de cette inflexion. Ce modèle questionne le rôle de ce flux dans la construction du prisme partitionné. Appuyé sur l'ensemble des données géodésiques disponibles autour de la syntaxe Est Himalayenne, il établit un lien entre les déformations finis néogènes de la région.<br /><br />Les données de sismique réflexion ont apporté des contraintes fortes sur la partie marine de la section. Ainsi, la présence de la ride de 90°E et la nature océanique de la croûte du Bengale ont pu être fixées. En revanche, le flux crustal Est-Tibétain reste mal compris. Les données géodésiques permettent d'en approcher la cinématique mais il est nécessaire, pour en connaître la nature, d'y combiner des données géologiques de terrain, qui sont les seuls à permettre l'observation direct de la déformation crustale profonde aujourd'hui exhumée. Ces observations géologiques peuvent aussi apporter des éléments de réponses sur la stabilité du flux au cours du temps. Un travail de modélisation doit encore être mené pour confronter ces idées nouvelles aux propriétés physiques de la lithosphère continentale en cours de déformation.

La modélisation expérimentale permettant une observation facile en 3 dimensions apparaît comme étant l'outil idéal pouvant arder à la compréhension de la genèse, du fonctionnement et de la géométrie des zones décrochantes sur le terrain. L'application à la modélisation expérimentale de la tomographie aux Rayons X a permis de mettre en évidence que dans une couverture sédimentaire purement fragile les failles s'initialisent sur la faille de socle et se propagent vers le sommet. A l'opposé, en présence d'un niveau ductile, les failles s'initialisent à la surface de la pile sédimentaire et se propagent vers la base. Dans une étude sur le décrochement oblique, différentes co nfigurations i) de faille de socle (normale, verticale ou inverse), ii) de déplacement imposé sur le plan de faille et iii) composition rhéologique (couverture purement fragile ou fragileductile) ont été tèstées. Une étude sur la réactivation en contexte décrochant a ég alement été envisagée. Dans un premier stade de déformation, un champ de failles est créé au dessus d'une faille de socle inverse, verticale ou normale, pour différentes rhéologies. Puis ces champs de failles sont déformés en contexte purement décrochant. Les failles sont communément réactivées en profondeur. En surface, la réactivation est moins évidente, mais les structures antérieures controlent la localisation et la géométrie des décrochements. L'analyse des zones décrochantes compressives est ensuite abordée. Le travail de modélisation met en évidence la séparation des déplacemen familles de failles dans des systèmes fragile-ductiles. Une étude de terra été réalisée en Colombie, mettant en évidence le jeu décrochant et décrochevauchant d'une faille active (la faille de Bucaramanga). Enfin la formation et le fonctionnement simultanés de plis et de failles au dessùs d'un décrochement de socle sont envisagés, à la fois sur des exemples naturels dans le domaine Sud-Caraïbes, et par une approche expérimentale.

La zone étudiée appartient à celle des écailles de Digne, secteur des chaines subalpines méridionales, réputée pour les nombreux chevauchements.

Les travaux présentés dans ce mémoire sont consacrés à l'étude de la géodynamique du territoire de l'Arménie qui est situé dans la partie centrale de la zone de collision continentale entre les plaques Arabique et Eurasienne. Le mémoire comprend deux parties principales: 1/ l'étude des déformations actuelles par la géodésie GPS; 2/ l'étude paléosismologique et morphométrique détaillée de la zone du segment d'Artanish-Tskhuk de la faille de Pambak-Sevan-Syunik (PSSF). On présente l'analyse et la comparaison des vitesses de déformations estimées par les données de GPS et par les données paléosismologiques et morphométriques. Le réseau d'observations GPS Arméno - Français a été installé en Arménie en septembre 1998. Trois campagnes de mesure du réseau ont été réalisées en 1998, 2000 et 2003. L'analyse détaillée du champ de vitesse à partir des données GPS a permis d'étudier et de quantifier les déformations actuelles de l'Arménie centrale et septentrionale. On a pu estimer les vitesses des déplacements des failles actives principales du territoire de l'Arménie. Un ensemble de travaux sur le terrain comprenant des recherches paléosismologiques, archéosismologiques, archéologiques, géodésiques, et morphologiques a été réalisé entre 2003 et 2005 dans la zone du segment d'Artanish-Tskhuk de la faille de PSSF. La cartographie détaillée de la faille a été réalisée et l'on a estimé et/ou re-estimés les déplacements horizontaux et verticaux le long de la faille. Quatre paléo- et archéoséismes ont été étudiés et datés. À partir des données obtenues, pour le segment d'Artanish-Tskhuk de la faille de PSSF, on a réévalué les vitesses de déplacements, la magnitude maximale possible, et l'intervalle récurrence des séismes forts. Une méthode d'évaluation des déplacements horizontaux et verticaux a été proposée à partir des logs de tranchées sur les failles de décrochements associées à des paléoséismes.

L'objectif de ce mémoire de thèse est l'étude de la tectonique récente et l'évaluation de l'aléa sismique pour trois villes importante, Téhéran, Tabriz et Zandjan, situées dans le nord-ouest de l'Iran. Dans la capitale de l'Iran, Téhéran, nous nous sommes concentrés sur le système de faille active de Mosha-Nord Téhéran. Nos travaux démontrent que ce système est essentiellement décrochant sénestre. Nos analyses paléosismologiques sur la portion est de ce système (dans la vallée de Tar) montrent au minimum les évidences de sept grands événements sismiques (M>7) pendant les derniers 10000 ans (l'intervalle de récurrence est de 1100 à 1400 ans). Les études que nous avons mené dans la partie centrale de ce système (région d'Abali) révèlent qu'il pourrait être la source du dernier événement sismique ayant affecté la ville de Téhéran en 1830 AD. Dans la région de Tabriz, nous nous sommes intéressés au segment SE de la faille décrochante dextre de Nord Tabriz où nous avons trouvé les évidences de trois grands séismes pendant les derniers 33500 ans. Nos études montrent que la faille Nord Tabriz qui est la portion centrale d'un système de faille (TFS) est constituée par deux segments NW et SE dextres. Notre étude paléosismologique suggère une variation de la vitesse qui diminue du NW vers SE le long de ces segments. Les extrémités ouest (Mishu) et est (Bozghush) de ce système correspondent à des zones compressives qui absorbent les déplacements horizontaux sur les segments NW et SE. D'un point de vue général la TFS est une partie d'un système de failles régionales (GSKT) qui relie une zone d'extension active dans la partie centrale de la collision Arabie-Eurasie et une zone de compression active à l'Est. Enfin, à Zandjan qui est une ville située dans une région de lacune sismique, nous avons découvert un important réseau de failles actives. Le tracé sud-est de ce réseau de failles passe par la ville de Zandjan. En conclusion, les localisations et les cinématiques des systèmes de faille étudiés sont discutées dans le cadre géodynamique général de la collision Arabie-Eurasie. On remarquera que la faille majeure de Nord Tabriz qui correspond essentiellement à un décrochement dextre a la même direction NW-SE que les décrochements sénestres présents dans la chaîne de l'Alborz (les failles de : Mosha, Talaghan et Manjil). Cette observation nécessite une variation de la direction de compression entre ces deux régions.

La couverture paléogène du Pelvoux (zone externe des Alpes occidentales françaises) a été étudiée du col du Lautaret au Champsaur oriental. Une analyse séquentielle, une étude des micro faciès et des microfaunes ont été réalisées sur 49 coupes complètes levées dans cette région après qu'une cartographie détaillée en ait été dressée. Une analyse structurale fine et une étude géochimique ont complété l'examen de quelques secteurs . .\ :. La trilogie nummulitique (dépôts successifs de sédiments de nature calcaire puis marneuse et enfin gréseuse) est transgressive sur le socle cristallin du Pelvoux ou sur des lambeaux de Mésozoïque conservés malgré les érosions antérieures. La découverte d'une microfaune bartonienne dans le SE du massif (où le plus souvent la base du Paléogène est priabonienne) et les reconstitutions paléogéographiques que nous avons effectuées, permettent de cerner le diachronisme de la transgression qui chemine du S vers le N et d'E .Un détritisme omniprésent se manifeste dans la série,provoqué par deux facteurs : 1- une alimentation en débris fins provenant, d'une part, des affleurements de Cristallin constituant à l'époque un Pelvoux embryonnaire, et d'autre part, des nappes internes qui se mettent en place dans la partie orientale du bassin marin tertiaire. 2- une alimentation en détritiques grossiers,d'origine très locale et liée à l'existence de fractures à jeu synsédimentaire Nl70-l8O. L'héritage structural triasique, liasique, néocrétacé et/ou paléocène, joue un rôle fondamental dans la paléogéographie éocène de cette région, comme d'ailleurs lors de la structuration postnummulitique du Pelvoux. Il consiste plus particulièrement en une fracturation probablement issue du rifting téthysien (N30- 40 et NI70- I8O) et, à l'E, par la reprise en chevauchement avant le Nummulitique, de grands accidents subméridiens tel celui du rocher de l'Vret. La situation géographique de ce dernier au front du poinçon que représente le Pelvoux, a permis son écaillage postérieurement au dépôt des sédiments tertiaires. Au SE, on observe la reprise dextre de fractures N50- 60, le faisceau des Grésourières qui s'engagent dans l'accident d'Ailefroide (N30-40) dont le jeu décrochant permet le chevauchement du Sirac vers l'WSW sur le synclinal de Morges . Ces déformations s'accompagent d'un train de plis dans les Grès du Champsaur, d'une schistosité de flux et d'un étirement des Marnes nummulitiques qui constituent un niveau au décollement privilégié dans la série tertiaire, et enfin de dissolutions importantes dans les calcaires nummulitiques. Tous ces phénomènes sont essentiellement liés à la progression des nappes internes versl'extérieur de l'orogène . Ils sont beaucoup plus discrets au N où l'on note seulement le jeu sénestre du faisceaude failles du Lautaret N110, symétrique de celui de Grésourières, au sud du poinçon du Pelvoux.

Ce travail de thèse présente les résultats d'études géomorphologiques sur la cinématique de failles dans le centre et l'est de l'Iran. Dans cette région, des observations géodésiques associées à l'analyse d'un réseau GPS à large maille (Vernant et al., 2004 ; Masson et al., 2007) suggèrent que le cisaillement dextre entre l'Iran Central et le bloc Afghan est d'environ 16 mm/an. Un modèle cinématique (Walker et al., 2004) propose que ce cisaillement dextre soit pris en compte depuis les 5 derniers Ma par les grands décrochements limitant le Lut à l'Ouest et à l'Est. Leur vitesse géologique est cependant mal contrainte tout comme celle de décrochements situés à l'intérieur du plateau iranien, généralement considérés peu ou non actifs. Nous démontrons l'activité de deux décrochements dextres situés sur le plateau iranien, les failles d'Anar et de Deshir, et déterminons leur vitesse de glissement moyennée sur plusieurs cycles sismiques. Pour cela, des décalages de bords d'incision de terrasses alluviales ont été mesurés et des datations par mesure de la production in-situ en isotopes cosmogéniques (10Be et 36Cl) et par luminescence stimulée optiquement (OSL) ont été effectuées. L'analyse des données de surface et de profil, obtenues par les mesures d'isotopes cosmogéniques, a permis de mettre en évidence l'existence d'un héritage variable et important du matériel composant les terrasses alluviales. Nous avons proposé une méthode pour estimer la quantité minimum d'héritage variable, dans le but de déterminer l'âge d'abandon des surfaces abandonnées puis les vitesses de glissement sur les failles. Les datations par isotopes cosmogéniques et OSL combinées aux mesures de décalages morphologiques impliquent des vitesses de glissement géologique court-terme de 0.8 mm/an pour la faille d'Anar et de 0.85 – 2 mm/an pour la faille de Deshir. Ces résultats nous permettent de discuter le rôle de ces failles dans l'accommodation de la déformation dans le centre et l'est de l'Iran, suggérant que la déformation cisaillante se répartit sur une zone plus large que le Lut et ses bordures, et est prise en compte par un plus grand nombre de failles, qu'initialement supposé. Les données géologiques et GPS disponibles sont encore en nombre insuffisant pour déterminer s'il y a ou non des incompatibilités entre déformation finie et déformation instantanée.