Transcript RÉSUMÉ La chaîne du Rif (Nord du Maroc) constitue, avec les

RÉSUMÉ
La chaîne du Rif (Nord du Maroc) constitue, avec les Cordillères des Bétiques (Sud de l’Espagne), la
terminaison occidentale de la ceinture alpine. C’est un secteur clé pour la compréhension des
mouvements verticaux associés aux processus orogéniques. Les unités les plus profondes du Rif
(roches crustales et mantelliques) affleurent dans les secteurs de Ceuta, Cabo Negro et Beni Bousera.
Les travaux antérieurs montrent que ces unités métamorphiques ont subi un refroidissement
extrêmement rapide, pendant l’Oligocène supérieur-Miocène inférieur, qui a été associé à un
amincissement crustal et au rifting du bassin d’Alboran. Les processus tectoniques responsables de
l’évolution géologique de la région demeurent très controversés et sont sujets à débats. Jusqu’à
maintenant, aucune étude n’a permis de contraindre les mouvements verticaux postérieurs à ce
refroidissement dans la chaîne du Rif, malgré la présence de dépôts marins pliocènes surélevés.
L’objectif de ce travail est d’apporter des arguments permettant de discuter des mécanismes
géochronologiques et cinématiques impliqués dans les mouvements verticaux de la marge du Rif
depuis le Néogène. La thermochronologie a permis de contraindre le timing des mécanismes de
surrection qui ont conduit à l’émersion de la marge du Rif, de manière synchrone au dépôt des unités
syn-rift dans le bassin d’Alboran. Quelles sont les implications de ce cas d’étude unique sur
l’utilisation des méthodes de thermochronologie ?
Cette étude consiste dans un premier temps, à l’analyse structurale de plusieurs secteurs clé. Les
résultats ont permis de définir l’évolution du champ de déformation et de proposer un modèle
théorique imageant la succession des différentes phases tectoniques durant le Néogène. Ce travail
s’est focalisé sur les zones où les unités métamorphiques profondes ont été exhumées (Ceuta, Cabo
Negro et Beni Bousera), ainsi que dans des secteurs où d’importants bassins pliocènes ont été
surélevés (vallée d’Oued Laou). Cette démarche vise à déterminer le type de champ de déformation
associé à cette évolution orogénique. Quatre phases principales de déformation ont été distinguées :
i)
ii)
iii)
iv)
pendant le Miocène inférieur, une phase d’extension radiale affecte les unités
métamorphiques, lors de leurs derniers stades d’exhumation, ainsi que leur couverture.
En revanche, le chevauchement des formations comprises dans le prisme orogénique
(contact zones internes/externes) en avant de la chaîne, résulte d’une compression
~NE/SW ;
pendant le Miocène moyen, cette même compression ~NE/SW provoque le rétrocharriage des parties externes de la chaîne, vers les parties internes. Cet évènement a pu
induire le ralentissement du refroidissement des unités de Beni Bousera ;
pendant le Miocène supérieur, une compression ~NW/SE s’exprime dans l’intégralité des
zones internes et induirait l’ouverture de bassins structurés en « pull-apart » ;
depuis la fin du Miocène, une deuxième période d’extension radiale s’étend sur toutes
les zones internes et constitue un des facteurs clés contrôlant le relief actuel.
Pour la première fois, une étude thermochronologique moyenne- et basse-température a été
réalisée dans les secteurs de Ceuta et de Cabo Negro, afin de contraindre les mouvements verticaux
néogènes (40Ar-39Ar sur micas, traces de fission et (U-Th)/He sur apatites). Cette étude a été
complétée par les premiers résultats (U-Th)/He sur apatites, obtenus dans le massif de Beni Bousera.
Ces données ont permis de confirmer le refroidissement extrêmement rapide dans les unités
métamorphiques profondes du Rif, consécutif à l’évènement thermique oligo-miocène et ce, jusqu’à
des températures de sub-surface.
Les taux de refroidissement importants estimés sont attribués à la localisation des unités
métamorphiques à de faibles profondeurs pendant l’évènement HT-BP. La tectonique extensive
affectant ces formations a induit des taux de refroidissement caractérisés par un diachronisme entre
les parties Nord et Sud des zones internes rifaines. Après l’exhumation finale des unités
métamorphiques, les mouvements verticaux qui affectent les zones internes sont de faible ampleur
(moins de 1,5-1 km).
Une comparaison de ces déplacements identifiés dans les zones internes, a pu être effectuée, avec
ceux estimés dans le domaine des flyschs (Sud de l’accident de Jebha), grâce aux données (U-Th)/He
sur apatites. L’analyse thermochronologique basse-température montre que depuis le Miocène
moyen, la vitesse de surrection du secteur au Sud de Jebha a été beaucoup plus rapide que celle
déterminée dans les zones internes depuis le Pliocène inférieur. Ces différences de vitesses peuvent
être associées à des processus crustaux et mantelliques.
Les corrélations réalisées entre les mouvements verticaux et l’évolution du champ de déformation
mettent en évidence le lien existant entre les périodes de mouvements verticaux majeurs
(exhumation puis surrection) et les phases d’extension radiale :
i)
ii)
les derniers stades d’exhumation des unités métamorphiques, à environ 12-10 km de
profondeur, résultent d’un stade d’extension radiale affectant ces formations. Le
domaine de collapse s’étend depuis le faciès des Schistes Verts jusqu’au domaine fragile
durant l’Aquitano-Burdigalien. Les mouvements extensifs sont limités aux parties
superficielles de l’orogène tandis que les parties plus profondes et situées en avantchaîne sont en compression ;
une période de surrection lente associée à de l’extension radiale, affecte l’intégralité des
zones internes, au moins depuis le Pliocène inférieur. La surrection de la marge est
synchrone de la subsidence du bassin d’Alboran.
Des mouvements extensifs comparables à ceux observés dans les zones internes du Rif sont décrits
dans la partie occidentale du bassin d’Alboran, ainsi que dans les Bétiques centrales et occidentales.
Le partitionnement de la déformation à l’échelle de l’arc de Gibraltar permet à ces secteurs d’être en
extension malgré la convergence Afrique-Ibérie. Les mouvements compressifs sont concentrés au
niveau des fronts de chevauchements du Rif et des Bétiques et au niveau de la Trans-Alboran Shear
Zone.
ABSTRACT
The Rif Chain (Northern Morocco) belongs, with the Betic Cordillera (Southern Spain), to the
westernmost part of the Alpine belt. This sectoris one of the main targets for the comprehension of
vertical movementslinked to orogenic processes. The outcropping crustal formations,
associatedwithmantle formations, correspond to the deepestunits of the chainexhumed in Ceuta,
Cabo Negro and Beni Bousera areas. Previousstudies have shownafastcooling of the
internalunitsduring the LateOligocene-Early Miocene, related to a crustal thinning and rifting of the
Alboran Sea. The tectonicprocessesresponsible for the geologicevolution of the regionremain a
subject of considerabledebate. Despite the numerous investigations lead on the
Plioceneuplifteddeposits in the Rif Chain, the amplitude of the vertical motions subsequent to the
period of cooling have never been constrained. This workaims to discuss the geochronology and
kinematicsinvolved in the vertical motion of the Rif marginsince the Neogene. The thermochronology
allowedconstraining the timing of the upliftingmechanismswhich have led to the emersion of the Rif
marginsynchronously of a rifting stage in the Alboran basin. What are the implications of this unique
case of study on the thermochronological methods?
This workisemphasizedwith a structural analysis lead in the key sectors. The resultsallowedproviding
an overview of the stress fieldevolutionwith a theoretical model imaging the successive tectonic
phases during the Neogene time span. This studyfocused on the deepest metamorphic rocks
outcrops (Ceuta, Cabo Negro and Beni Bousera) and on the major raised-up Pliocene basins (Oued
Laou valley). This workaims to highlight the type of stress fieldinvolved in the orogenic evolution.
Four main deformation stages have been distinguished:
i)
ii)
iii)
iv)
during the Early Miocene, a radial extension phase affects the superficial part of the
exhumed metamorphic complexes and theircover. In contrast, thin-skinnedfold and
thrust of the units in the foreland areas of the orogenic wedge (internal/external zones
boundary), result of a ~NE/SW compression;
during the Middle Miocene, this ~NE/SW compression induces backthrustsmovementsfrom the external to the internal areas. This eventcan have
inducedaslowdown of the cooling in the Beni Bousera units
during the LateMiocene, a ~NW/SE compression affects the wholeinternal zones and
triggered the opening of pull-apart basins;
since the Messinian-LowerPliocene, a second stage of radial extension throughout the
internal zones and exerted a fundamental control on the structuration of the present-day
relief.
For the first time, a medium- to low-temperature thermochronological study has been realized in
order to constrain Neogene vertical movements. The methodcarried out in Ceuta and Cabo Negro
areas used thermochronology (40Ar-39Ar, apatite fission tracks and apatite (U-Th)/He) and
wascompletedwith the first apatite (U-Th)/He data obtained in the Beni Bousera massif. These data
provided direct information on the rapidcoolingundergone by the deep-seated metamorphic units,
subsequently to the Oligo-Miocene thermal event. The unusualfastcooling rates are inferred as
resultingfrom the location of the metamorphic units at shallowdepthsduring the HT-BP event. The
extensionaltectonicaffectingtheseunits have induced diachronous cooling rates between the
Northern and Southern areas of the Rif internal zones. Since the final stages of uplift, the vertical
motion have affectedthese areas withaweak magnitude (1.5-1km).
Acomparisonbetween the vertical movementsdetermined in the internal zones and estimated in the
flyschs domain (South of Jebha fault), has been realized on the basis of apatite (U-Th)/He data.
Theselow-temperature thermochronology data have shown a fasteruplifting speed in the flyschs
domainthan in the internal zones since the lowerPliocene, attributed to crustal and mantleprocesses.
The correlationsreportedbetween the vertical movements and the evolution of the stress
fieldhighlighted the linkage between the main stages of vertical motion (uplift right after
exhumation) and extension periodwith a radial pattern:
i)
ii)
the last exhumation stages of the deep-seated metamorphic rocks, up to12-10 km of
depth, weretriggered by the radial extension of theseunits. The collapse extendedfrom
the low grade metamorphism (Greenschists facies) to the brittlestrataduring the
aquitano-burdigalian times. This extension isexpressed in the superficialunits, whereas
the deepest parts at the front of the Rif chain are undergoinga compression;
a second uplift stage proceeds at a very slow raising pace and isassociated to radial
extension in throughout the internal zones since the LowerPliocene. Uplifting of the
marginissynchronous of subsidence in the Alboran basin.
Extensionalmovementsobserved in the Rif internal zones are described in the occidental part of the
Alboran basin and in central, as well as in the central and western areas of the Betic orogenic system.
The stress partitioning at the scale of the Gibraltar arc, allows extension of thesesectorsdespite the
global convergent motion of Africa-Iberia. The compression islocalized at the front of the Rif and
Betic thrusts fronts and along the Trans-Alboran Shear Zone.