Recent tectonic reorganization of the Nubia-Eurasia convergent boundary heading for the closure of the western Mediterranean

• Autores: Andrea Billi, Claudio Faccenna, Olivier Bellier, Liliana Minelli, Giancarlo Ner, Claudia Piromallo, Debora Presti, Davide Scrocca, Enrico Serpelloni
• Localización: Bulletin de la Société Géologique de France, ISSN 0037-9409, Vol. 182, Nº. 4, 2011 (Ejemplar dedicado a: Seismic risk in regions of moderate seismicity: from hazard to vulnerability / coord. por Olivier Bellier), págs. 279-303
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Réorganisation tectonique récente du domaine de convergence de plaque Nubie-Eurasie en Méditerranée occidentale
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• Resumen
  • English

    In the western Mediterranean area, after a long period (late Paleogene-Neogene) of Nubian (W-Africa) northward subduction beneath Eurasia, subduction has almost ceased, as well as convergence accommodation in the subduction zone. With the progression of Nubia-Eurasia convergence, a tectonic reorganization is therefore necessary to accommodate future contraction. Previously-published tectonic, seismological, geodetic, tomographic, and seismic reflection data (integrated by some new GPS velocity data) are reviewed to understand the reorganization of the convergent boundary in the western Mediterranean. Between northern Morocco, to the west, and northern Sicily, to the east, contractional deformation has shifted from the former subduction zone to the margins of the two back-arc oceanic basins (Algerian-Liguro-Provençal and Tyrrhenian basins) and it is now mainly active in the south-Tyrrhenian (northern Sicily), northern Liguro-Provençal, Algerian, and Alboran (partly) margins. Onset of compression and basin inversion has propagated in a scissor-like manner from the Alboran (c. 8 Ma) to the Tyrrhenian (younger than c. 2 Ma) basins following a similar propagation of the cessation of the subduction, i.e., older to the west and younger to the east. It follows that basin inversion is rather advanced on the Algerian margin, where a new southward subduction seems to be in its very infant stage, while it has still to really start in the Tyrrhenian margin, where contraction has resumed at the rear of the fold-thrust belt and may soon invert the Marsili oceanic basin. Part of the contractional deformation may have shifted toward the north in the Liguro-Provençal basin possibly because of its weak rheological properties compared with those of the area between Tunisia and Sardinia, where no oceanic crust occurs and seismic deformation is absent or limited. The tectonic reorganization of the Nubia-Eurasia boundary in the study area is still strongly controlled by the inherited tectonic fabric and rheological attributes, which are strongly heterogeneous along the boundary. These features prevent, at present, the development of long and continuous thrust faults. In an extreme and approximate synthesis, the evolution of the western Mediterranean is inferred to follow a Wilson Cycle (at a small scale) with the following main steps : (1) northward Nubian subduction with Mediterranean back-arc extension (since ~35 Ma); (2) progressive cessation, from west to east, of Nubian main subduction (since ~15 Ma); (3) progressive onset of compression, from west to east, in the former back-arc domain and consequent basin inversion (since ~8-10 Ma); (4) possible future subduction of former back-arc basins.

  • français

    En Méditerranée occidentale, après une longue période (Paléogène supérieur et Néogène) de subduction de la plaque nubienne sous l'Eurasie, la subduction s'arrête et la convergence doit alors être accommodée par d'autres processus géodynamiques impliquant une réorganisation tectonique de la méditerranée occidentale.

    Une synthèse des données tectoniques, séismologiques, géodésiques, tomographiques, et de sismique réflexion complétée par de nouvelles mesures géodésiques, nous permet de proposer un modèle de cette réorganisation tectonique intégré à l'échelle de la Méditerranée occidentale. Entre le Nord du Maroc et le Nord de la Sicile, la déformation compressive résultant de la convergence s'est déplacée de la zone de subduction vers les marges des bassins océaniques d'arrière arc, que sont les bassins algéro-liguro-provençal et tyrrhénien. Les marges tyrrhénienne (Nord de la Sicile), liguro provençale (SE de la France), algérienne et de l'Alboran sont par ailleurs toujours actives. La compression, ainsi que l'inversion tectonique associée, se sont propagées, du bassin d'Alboran (c. 8 Ma) vers le domaine tyrrhénien (c.2 Ma), parallèlement à la rupture du slab due à l'arrêt de la subduction. Ensuite l'inversion s'est propagée vers la marge algérienne soumise à une subduction embryonnaire vers le sud. La compression le long de la marge tyrrhénienne semble alors accommodée en arrière par une ceinture de plis et chevauchements actifs. Une partie de la compression ré-sultant de la convergence s'est déplacée vers le nord, sur la marge liguro-provençale, du fait de conditions rhéologiques plus favorables que dans le domaine entre la Tunisie et la Sardaigne où il n'y a pas de croûte océanique. Ce domaine est d'ailleurs caractérisé par une très faible activité sismique par rapport aux autres domaines frontaliers des plaques Nubie et Eurasie.

    Globalement, la réorganisation géodynamique aux limites de plaques Nubie -- Eurasie est fortement contrôlée par l'héritage tectonique et les conditions rhéologiques qui varient notablement, et qui, d'autre part, ne sont pas cylindrique le long de cette zone de frontière. Ces conditions aux limites empêchent le développement de systèmes de chevauchement longs et continus.

    En résumé, l'évolution fini-cénozoïque suit un cycle de Wilson avec quatre étapes majeures : 1) une subduction vers le nord de la plaque nubienne qui produit une extension " classique " d'arrière arc depuis 35 Ma ; 2) à partir de 15 Ma, un arrêt de la subduction qui se propage de l'ouest vers l'est, le long de la frontière de plaque ; 3) à environ 8--10 Ma, on assiste à la mise en place d'une déformation compressive, de l'ouest vers l'est, en domaine d'arrière arc qui induit une inversion tectonique; 4) enfin, la possibilité de mise en place de nouvelles zones de subduction dans ces zones d'arrière arc.