The late Mississippian carbonates in the Appalachian Basin, U.S.A., were deposited on a huge, south-facing ramp during long-term Mississippian transgression that formed the Mississippian supersequence. The St. Louis- to Glen Dean interval consists of up to twelve fourth-order depositional sequences (300 to 400 k.y. average duration). The sequences (a few meters to over a hundred meters thick) consist of eolianites, lagoonal carbonate muds, ooid shoals, and skeletal banks, and open marine skeletal wackestone and basinal marion the ramp-slope and basin margin. Sequence boundaries are at the top of prograding red-beds, eolianites, and shoal water facies on the ramp, and beneath lowstand sand bodies and quartzose calcisiltite wedges on the ramp margin and slope. Maximum flooding surfaces are difficult to map regionally, therefore it is difficult to separate the TST from the HST of these fourth-order sequences. / Ph. D.

Le Quaternaire terminal a été le théâtre de changements importants du climat, à l'échelle de la dizaine ou de la centaine de milliers d'années. Ces fluctuations ont affecté les enregistrements sédimentaires continentaux et marins à travers le monde. Même si la variabilité du climat est maintenant bien reconnue, les changements associés du niveau marin absolu et de l'environnement, ainsi que l'empreinte de ces changements sur l'organisation stratigraphique restent à préciser.<br />Les travaux entrepris depuis une dizaine d'années sur la marge du Golfe du Lion (Méditerranée occidentale) montrent qu'il s'agit d'une zone exceptionnelle pour explorer l'impact de la variabilité climatique et glacio-eustatique sur l'organisation stratigraphique des sédiments. Les séquences sédimentaires liées aux grands cycles tardi-pléistocènes de 100 000 ans, révélées par la sismique, ont été échantillonnées et interprétées grâce aux données multi-proxies des forages du projet européen "Promess-1". La révision du modèle stratigraphique de la marge, propagé sur l'ensemble de la plateforme, a contribué à préciser les modèles conceptuels de la stratigraphie séquentielle. L'analyse sismo- et litho-stratigraphique à plus haute résolution révèle également l'enregistrement de séquences liées à des cycles climatiques beaucoup plus courts durant le dernier cycle glaciaire (~130 000 ans). L'association des événements de Heinrich et de Dansgaard-Oeschger dans les cycles génériques de Bond présente une expression stratigraphique distincte, sous la forme de paraséquences régressives. Enfin, la modélisation de l'agencement des structures sédimentaires associées à la remontée du niveau marin lors de la dernière déglaciation (~20 000 ans) souligne le rôle des événements climatiques extrêmes dans la formation du message sédimentaire. Cette étude présente enfin une confirmation semi-quantitative et bien contrainte dans le temps, du rôle fondamental des variations du niveau marin et des flux sédimentaires dans l'organisation des séquences de dépôt, y compris à l'échelle des événements climatiques rapides.

Glaciated shelves develop under the influence of a more complex suite of processes than most non-glaciated shelves. Amongst the specific processes are the glacially-influenced sediment supply and the glacial-isostatic adjustment (GIA), which is largely responsible for the complex nature of regional relative sea-levels (RSLs). This study first characterizes the impact of GIA on the Mackenzie-Beaufort region by presenting a new set of RSL curves derived from a modern gravitationally self-consistent sea level model computing the effects of glacio-hydro isostasy, geoid changes, and true polar wander. The results of the RSL model present cross-shelf variations in the order of 100 m and along-shelf of 30 m during the LGM. The model also suggests a different timing and range to the single RSL curve presently used for this region. Depending on the location, the lowstand is modeled between 14 and 12 ka BP and reached between 85 and 140 m below present sea-level. These new findings are used in the second part of the study to evaluate the impacts of GIA along with other factors on the Late Quaternary evolution of the Canadian Beaufort Shelf. SedFlux, a process-based stratigraphic simulation model is used. Uncertainties associated with post-LGM conditions create difficulties in establishing good model parameterization. Thus, simulations are first performed on the Mackenzie Trough area, where data availability permits better evaluation and constraint of parameters that are then applied to the more data poor Eastern Beaufort Shelf environment. The results of the stratigraphic simulations suggest that the ice sheet margin in the Mackenzie-Beaufort region was more extensive than previously assumed. The impact of GIA on the stratigraphy of the Mackenzie Trough is to develop more progradational than retrogradational stratigraphic features. Simulations of the Eastern Beaufort Shelf suggest that a previously dated sample from the Uviluk borehole is not a RSL indicator as previously thought and by taking this into consideration, the borehole stratigraphy can be modeled. Modeling of multiple cycles of glacial/interglacial RSL with glacial outwash deposition supports the interpretation of the Late Quaternary geology suggested by Murton (2009). Finally, glacial outburst floods funnelling through the area would have mostly bypassed the shelf and contributed to its progradation. If flood water were directed to the Mackenzie Trough, the deposits are likely found within the lower wedge. / Graduate

La vallée du fleuve Saint-Laurent, dans l'est du Canada, est l'une des régions sismiques les plus actives dans l'est de l'Amérique du Nord et est caractérisée par de nombreux tremblements de terre intraplaques. Après la rotation rigide de la plaque tectonique, l'ajustement isostatique glaciaire est de loin la plus grande source de signal géophysique dans l'est du Canada. Les déformations et les vitesses de déformation de la croûte terrestre de cette région ont été étudiées en utilisant plus de 14 ans d’observations (9 ans en moyenne) de 112 stations GPS fonctionnant en continu. Le champ de vitesse a été obtenu à partir de séries temporelles de coordonnées GPS quotidiennes nettoyées en appliquant un modèle combiné utilisant une pondération par moindres carrés. Les vitesses ont été estimées avec des modèles de bruit qui incluent les corrélations temporelles des séries temporelles des coordonnées tridimensionnelles. Le champ de vitesse horizontale montre la rotation antihoraire de la plaque nord-américaine avec une vitesse moyenne de 16,8±0,7 mm/an dans un modèle sans rotation nette (no-net-rotation) par rapport à l’ITRF2008. Le champ de vitesse verticale confirme un soulèvement dû à l'ajustement isostatique glaciaire partout dans l'est du Canada avec un taux maximal de 13,7±1,2 mm/an et un affaissement vers le sud, principalement au nord des États-Unis, avec un taux typique de −1 à −2 mm/an et un taux minimum de −2,7±1,4 mm/an. Le comportement du bruit des séries temporelles des coordonnées GPS tridimensionnelles a été analysé en utilisant une analyse spectrale et la méthode du maximum de vraisemblance pour tester cinq modèles de bruit: loi de puissance; bruit blanc; bruit blanc et bruit de scintillation; bruit blanc et marche aléatoire; bruit blanc, bruit de scintillation et marche aléatoire. Les résultats montrent que la combinaison bruit blanc et bruit de scintillation est le meilleur modèle pour décrire la partie stochastique des séries temporelles. Les amplitudes de tous les modèles de bruit sont plus faibles dans la direction nord et plus grandes dans la direction verticale. Les amplitudes du bruit blanc sont à peu près égales à travers la zone d'étude et sont donc surpassées, dans toutes les directions, par le bruit de scintillation et de marche aléatoire. Le modèle de bruit de scintillation augmente l’incertitude des vitesses estimées par un facteur de 5 à 38 par rapport au modèle de bruit blanc. Les vitesses estimées de tous les modèles de bruit sont statistiquement cohérentes. Les paramètres estimés du pôle eulérien de rotation pour cette région sont légèrement, mais significativement, différents de la rotation globale de la plaque nord-américaine. Cette différence reflète potentiellement les contraintes locales dans cette région sismique et les contraintes causées par la différence des vitesses intraplaques entre les deux rives du fleuve Saint-Laurent. La déformation de la croûte terrestre de la région a été étudiée en utilisant la méthode de collocation par moindres carrés. Les vitesses horizontales interpolées montrent un mouvement cohérent spatialement: soit un mouvement radial vers l'extérieur pour les centres de soulèvement maximal au nord et un mouvement radial vers l'intérieur pour les centres d'affaissement maximal au sud, avec une vitesse typique de 1 à 1,6±0,4 mm/an. Cependant, ce modèle devient plus complexe près des marges des anciennes zones glaciaires. Basées selon leurs directions, les vitesses horizontales intraplaques peuvent être divisées en trois zones distinctes. Cela confirme les conclusions d'autres chercheurs sur l'existence de trois dômes de glace dans la région d'étude avant le dernier maximum glaciaire. Une corrélation spatiale est observée entre les zones de vitesses horizontales intraplaques de magnitude plus élevée et les zones sismiques le long du fleuve Saint-Laurent. Les vitesses verticales ont ensuite été interpolées pour modéliser la déformation verticale. Le modèle montre un taux de soulèvement maximal de 15,6 mm/an au sud-est de la baie d'Hudson et un taux d’affaissement typique de 1 à 2 mm/an au sud, principalement dans le nord des États-Unis. Le long du fleuve Saint-Laurent, les mouvements horizontaux et verticaux sont cohérents spatialement. Il y a un déplacement vers le sud-est d’une magnitude d’environ 1,3 mm/an et un soulèvement moyen de 3,1 mm/an par rapport à la plaque l'Amérique du Nord. Le taux de déformation verticale est d’environ 2,4 fois plus grand que le taux de déformation horizontale intraplaque. Les résultats de l'analyse de déformation montrent l’état actuel de déformation dans l'est du Canada sous la forme d’une expansion dans la partie nord (la zone se soulève) et d’une compression dans la partie sud (la zone s'affaisse). Les taux de rotation sont en moyenne de 0,011°/Ma. Nous avons observé une compression NNO-SSE avec un taux de 3.6 à 8.1 nstrain/an dans la zone sismique du Bas-Saint-Laurent. Dans la zone sismique de Charlevoix, une expansion avec un taux de 3,0 à 7,1 nstrain/an est orientée ENE-OSO. Dans la zone sismique de l'Ouest du Québec, la déformation a un mécanisme de cisaillement avec un taux de compression de 1,0 à 5,1 nstrain/an et un taux d’expansion de 1.6 à 4.1 nstrain/an. Ces mesures sont conformes, au premier ordre, avec les modèles d'ajustement isostatique glaciaire et avec la contrainte de compression horizontale maximale du projet World Stress Map, obtenue à partir de la théorie des mécanismes focaux (focal mechanism method). / The Saint Lawrence River valley (SLRV) in eastern Canada is one of the most seismically active regions in eastern North America, which is characterized by many intraplate earthquakes. After its rigid plate rotation, the ongoing glacial isostatic adjustment (GIA) is by far the largest source of geophysical signal in eastern Canada. In this research, the current crustal deformation and strain rate field of this region was studied using more than 14 years (9 years on average) observations of 112 continuously operating GPS stations. The velocity field was obtained from cleaned position time series of daily GPS solutions by applying a combined model using the weighted least-squares method. We estimated velocity uncertainties by assuming advanced noise models to include the temporal correlation of the position time series. The horizontal velocity field shows the counter-clockwise rotation of the North American plate in the no-net-rotation model with the average of 16.8±0.7 mm/yr constrained to ITRF 2008. The vertical velocity field confirms the GIA-induced uplift all over eastern Canada with the maximum rate of 13.7±1.2 mm/yr and subsidence to the south mainly over north of the United States with a typical rate of −1 to −2 mm/yr and the minimum value of −2.7±1.4 mm/yr. The noise behavior of the GPS position time series was explored by testing five different noise models of power-law, white, white plus flicker, white plus random-walk, and white plus flicker plus random-walk, using the spectral analysis and the maximum likelihood methods. The results show that combination of white plus flicker noise is the best model for describing the stochastic part of the position time series. Furthermore, amplitudes of all noise models are smallest in the north direction and largest in the vertical direction. While amplitudes of the white noise model are almost equal across the study area, they are prevailed by the flicker and the random-walk noise for all directions. Assuming flicker noise model increases uncertainties of the estimated velocities by a factor of 5–38 compared to the white noise model, while the estimated velocities from all noise models are statistically consistent. The estimated Euler pole parameters for this region are slightly but significantly different from the overall rotation of the North American plate. This difference potentially reflects local stress in this seismic region, and the difference in intraplate velocities between the two sides of the SLRV accumulates stress in the faults located along the river. The surface deformation of the region was studied using least-squares collocation. Interpolated intraplate horizontal velocities show a spatially coherent radially outward motion from the centers of maximum uplift to the north and inward motion to the centers of maximum subsidence to the south with a typical velocity of ~1–1.6±0.4 mm/yr. This pattern, however, becomes more complex near the margins of the formerly glaciated areas. Based on their directions, the intraplate horizontal velocities can be divided in three distinct zones. This confirms the existence of three ice domes in the study region before the last glacial maximum. A spatial correlation is observed between areas with higher magnitude of the intraplate horizontal velocity and the seismic zones along the SLRV. The vertical velocities were interpolated to model the ongoing vertical deformation. The model shows maximum uplift rate of 15.6 mm/yr to southeastern of Hudson Bay and a typical subsidence rate of 1–2 mm/yr to the south mainly across the north of the United States. Along the SLRV, horizontal and vertical motions are spatially coherent toward southeast with the typical magnitude of ~1.3 mm/yr relative to North American plate and the average uplift rate of 3.1 mm/yr, respectively. In general, the rate of vertical deformation is typically ~2.4 times larger than the rate of the intraplate horizontal motion in this area. Results of strain analysis show the present-day straining of eastern Canada in the form of extension to the north (the area under uplift) and shortening to the south (the area under subsidence). On average, rotational rates are at the level of 0.011°/Myr. A NNW-SSE shortening with a typical rate of ~3.6–8.1 nstrain/yr is observed over the Lower Saint Lawrence seismic zone. In the Charlevoix seismic zone, an extension with a typical rate of ~3.0–7.1 nstrain/yr is oriented about ENE-WSW. In the western Quebec seismic zone, the deformation has a shear straining mechanism with a typical shortening rate of ~1.0–5.1 nstrain/yr and extension rate of ~1.6–4.1 nstrain/yr. These results are consistent, to the first order, with GIA models and with the maximum horizontal compressional stress of the World Stress Map resulted from focal mechanism method.

La présente recherche porte sur l’utilisation de données de nivellement géométrique de premier ordre et de données GPS de haute précision pour quantifier les déformations locales causées principalement par le rebond postglaciaire dans la zone sismique de Charlevoix, la région de l’Est du Canada avec l’activité sismique la plus élevée. Pour le nivellement, une partie du réseau canadien de premier ordre, mesuré entre 1909 et 1991, est analysée pour des lignes de nivellement mesurées plus d’une fois. Pour le GPS, un réseau de points géodésiques de premier ordre le long du fleuve Saint-Laurent a été remesuré par GPS en 1991 et en 2005. Le changement des coordonnées de ces points géodésiques permet de déterminer les vitesses horizontales et verticales et d’en tirer de l’information sur la déformation de la croûte terrestre dans cette région. Les résultats obtenus sont en accord avec les résultats de précédents levés GPS sur les piliers du Canadian Base Network (CBN) dans l’Est du Canada ainsi qu’avec les modèles géophysiques de rebond postglaciaire. / The present research concerns the use of first order spirit levelling and high precision GPS measurements to quantify the local deformations caused mainly by postglacial rebound in the Charlevoix seismic zone, the region with the highest concentrated seismic activity in eastern Canada. For the levelling, part of the Canadian first order network, measured from 1909 to 1991, is analyzed for repeating levelling lines. For GPS, a part of a first order geodetic network along the Saint Lawrence was surveyed by GPS in 1991 and 2005. The coordinate changes of these geodetic points allows for the determination of horizontal and vertical velocities leading to information on the crustal deformation of this region. The results obtained agree quite well with previous GPS surveys conducted on Canadian Base Network (CBN) pillars in eastern Canada and also with geophysical postglacial rebound (PGR) models.

In the late Pleistocene, most of British Columbia and northern Washington was covered by the Cordilleran ice sheet. The weight of the ice sheet caused up to several hundred metres of depression of the Earth’s crust. This caused relative sea level to be higher in southwestern British Columbia despite lower global eustatic sea level. After deglaciation, postglacial rebound of the crust caused sea level to quickly drop to below present levels. The rate of sea-level fall is used here to determine the rheology of the mantle in southwestern British Columbia. The first section of this study deals with determination of the postglacial sea-level history in the Victoria area. Constraints on sea-level position come from isolation basin cores collected in 2000 and 2001, as well as from previously published data from the past 45 years. The position of sea-level is well constrained at elevations greater than -4 m, and there are only loose constraints below that. The highstand position in the Victoria area is between 75-80 m. Sea level fell rapidly from the highstand position to below 0 m between 14.3 and 13.2 thousand calendar years before present (cal kyr BP). The magnitude of the lowstand position was between -11 and -40 m. Though there are few constraints on the lowstand position, analysis of the crustal response favours larger lowstand. Well constrained sea-level histories from Victoria, central Strait of Georgia and northern Strait of Georgia are used to model the rheology of the mantle in southwestern British Columbia. A new ice sheet model for the southwestern Cordillera was developed as older models systematically underpredicted the magnitude of sea level in late glacial times. Radiocarbon dates are compiled to provide constraints on ice sheet advance and retreat. The Cordillera ice sheet reached maximum extent between 17 and 15.4 cal kyr BP. After 15.4 cal kyr, the ice sheet retreated, and by 13.7 cal kyr BP Puget Sound, Juan de Fuca Strait and Strait of Georgia were ice free. By 10.7 cal kyr BP, ice was restricted to mountain glaciers at levels similar to present. With the new ice model, and using an Earth model with a 60 km lithosphere, asthenosphere with variable viscosity and thickness, and transitional and lower mantle viscosity based on the VM2 Earth model, predicted sea level matches the observed sea level constraints in southwestern British Columbia. Nearly identical predicted sea-level curves are found using asthenosphere thicknesses between 140-380 km with viscosity values between 3x10^18 and 4x10^19 Pa s. Predicted sea level is almost completely insensitive to the mantle below the asthenosphere. Modeled present day postglacial uplift rates are less than 0.5 mm yr^-1. Despite the tight fit of the predicted sea level to observed late-glacial sea level observations, the modelling was not able to fit the early Holocene rise of sea level to present levels in the central and northern Strait of Georgia.