Young Conjugate Margins Laboratory
 

S . Leroy, F. Lucazeau, P. Razin, G. Manatschal



La rupture des continents et la création de nouveaux océans est un processus fondamental de la tectonique des plaques, et encore mal connu. Les marges continentales sont des lieux d’interaction entre les domaines océaniques et continentaux, ainsi qu’entre les processus superficiels et profonds : elles représentent par conséquent des lieux stratégiques pour l’étude de la dynamique des déformations terrestres. La plupart d’entre elles sont pourtant trop vieilles pour appréhender toute la complexité des mécanismes de leur formation: l’érosion et la sédimentation y ont effacé une partie des informations de surface, la relaxation du champ de température, une partie de l’information profonde…

Seules les marges jeunes sont susceptibles de fournir les observations sur les stades précoces (depuis le rifting jusqu’au début de l’accrétion océanique). Parmi elles, les marges conjuguées du golfe d’Aden représentent un exemple archétypique pour l’ensemble des marges continentales, puisqu’elles sont à la fois volcaniques à l’Ouest (Yémen) et non volcaniques à l’Est (Sultanat d’Oman) et évoluent de marges divergentes à transformantes vers l’Est (Sultanat d’Oman). De plus, la compréhension de l’ouverture du Golfe d’Aden est primordiale pour l’étude tant des mécanismes d’amincissement lithosphérique que de l’interaction entre les frontières de plaques.

Une étude pluridisciplinaire de la partie orientale du Golfe d’Aden a été entreprise récemment dans le cadre du GDR Marges, avec l’objectif d’intégrer, dans un schéma cohérent d’évolution, les résultats d’observation de terrain où la marge affleure, l’acquisition de données de géophysique marine où la marge est immergée, des informations sismologiques sur la structure profonde et des mesures géodésiques. Les résultats montrent toute la potentialité de cette approche multi-disciplinaire et de cette zone pour établir les relations entre dynamique d’ouverture, structuration et mouvements verticaux d’une marge dans ses stades précoces. Parmi les résultats principaux, nous avons montré les caractéristiques structurales et sédimentologiques des domaines continentaux et marins de la marge, notamment leur segmentation, liée à l’obliquité de l’ouverture, et leurs conséquences sur l’ouverture océanique, et enfin l’importance de l’héritage structural à échelle lithosphérique et crustale.

La mise en évidence d’une zone de transition océan-continent présentant des valeurs de flux thermique élevées, d’une anomalie thermique profonde (170 km) et d’un volcan sub-actif en pied de marge, relance le débat sur l’importance du volcanisme dans la formation d’une marge. Les résultats montrent aussi la nécessité d’étendre à la fois le champ d’investigation géographique et les méthodes mises en oeuvre, afin de pouvoir décrire et comprendre toute la variabilité et l’évolution dans l’espace et dans le temps des processus étudiés, en liaison notamment avec le point chaud des Afars.



Ce projet a donc pour but de faire du Golfe d’Aden un véritable laboratoire naturel pour l’étude des processus de rifting et d’océanisation. Les nombreuses données acquises récemment, principalement sur la marge Nord Omanaise (terrain, campagnes à la mer ENCENS-SHEBA, ENCENS et ENCENS-FLUX, les réseaux sismologiques Dhofar Seis Expt et Encens-UK et géodésique) sont un appui important au projet ANR YOCMAL et lui confère une position favorable dans la compétitivité internationale.


L’extension géographique de l’acquisition des données à terre vers le domaine nord oriental (Oman) et conjugué au Sud (Socotra) et le domaine volcanique à l’Ouest (Yémen) permettra d’atteindre les objectifs concernant :


- La structure profonde et régime thermique (tomographie sismique, OBS, flux de chaleur).


  1. -La structure crustale (relations tectonique-sédimentation, sismique réflexion multitrace, OBS, fonctions récepteurs, SKS, gravi et mag, dragages du domaine continental et de la transition océan-continent).










































- Les mouvements verticaux cénozoiques (analyse topo-bathy, études de terrain sédimentologiques et stratigraphiques, thermochrono U/Th/He) ou récents (cosmogéniques, géomorphologie). 


- L’ouverture actuelle (réitération et extension du réseau géodésique).


- Les modélisations thermo-mécaniques (numériques et analogiques).




Le but global de ce projet est donc d’imager la structure 3D profonde (manteau), intermédiaire (croûte), et superficielle (sédiments) du Golfe d’Aden depuis le rifting jusqu'à l’accrétion océanique actuelle, afin de comprendre les mécanismes de formation des marges continentales.




Collaborations : IPGP, Univ. Bordeaux III, EOST, CRPG, Géosciences Montpellier, Géosciences Rennes, Géosciences Azur, CEREGE, Univ. Bordeaux I, BRGM, IGN, ENS Paris, IUEM, Univ. Leeds, SOC, SEIS-UK, Lamont, Univ. Oxford, Roma3, Barcelona, Sultan Qabous University, Sana’a University).



YOCMAL - SEISNET

report Yemen

YOCMAL-YEMEN-deployment09-Service1-report.pdf

report  Oman

Report-YOCMAL-Oman.pdf


report Socotra





Continental margins are domains of interaction between oceans and continents, as well as between surface and deep processes. Thus, they represent key areas for understanding Earth dynamics and deformation mechanisms. Most of them are however too old to decipher all the complex mechanisms of their formation: erosion and sedimentation have removed part of information from the surface, relaxation of presumably perturbed temperature field, part of information from deep interior. Young margins only are able to provide the relevant observations on the early stages of their formation (from rifting to oceanic spreading). Among them, the Gulf of Aden conjugate margins are an archetypal example for continental margins, as they are both volcanic to the West (Yemen) and non volcanic to the East (Sultanate of Oman), and evolve from divergent to transform margins toward the East (Sultanate of Oman). Finally, our understanding of the Gulf of Aden opening is very important to the study of both lithosphere stretching mechanisms and interaction between plate boundaries.

A comprehensive multi-disciplinary study of the eastern part of the Gulf of Aden has been undertaken recently in the framework of the French margins program, with the long-term objective to integrate in a consistent model of evolution field observations where the margin crops out, results of marine geophysical survey where the margins are submerged, seismological observations of deep interior structure and geodetic measurements. First results show the potentiality of such an approach in this area to understand the relationships between the dynamics of rifting and spreading, the observed structures and the vertical motions of a margin in its early stages. Among the main results, we evidence the structural and sedimentologic characteristics of the continental and oceanic domain of the margin, especially their segmentation, related to the opening obliquity, and their consequences on the oceanic spreading, the importance of the structural inheritance at both lithospheric and crustal scale. We also describe the presence of a ocean-continent transition zone with high heat flow values, of a deep thermal anomaly (170 km) and of a sub-active volcano in the deep margin, that relaunch debate on the importance of the volcanism in the margins formation. The results also emphasize that both the area of investigation and the methods should be extended to be able to describe and understand the variability and the evolution in space and time of the studied structures, notably related to the Afar hotspot.

This project intends therefore to study the Gulf of Aden as a natural laboratory for the study of rifting and oceanic spreading onset processes. The numerous already acquired data mainly on the northern margin (field studies, marine surveys ENCENS-SHEBA, ENCENS and ENCENS-FLUX, seismologic Dhofar Seismic Experiment and ENCENS-UK and GPS networks) are a solid base for this self-working ANR proposal and give an international position of competitiveness.

The extended further ongoing investigations onland in the eastern area (Oman) and its conjugate margins in the South (Socotra island) and in the volcanic margin in the West (Yemen) allow to reach the objectives concerning:

  1. -The deep structure and thermal regime (seismic tomography, OBS, heat-flow).

  2. -The crustal structure (tectonics-sedimentation relationships, MCS, Ocean Bottom Seismometer, receiver functions on land, gravity and magnetic anomalies, dredging on the ocean-continent transition, basalts geochemistry).

  3. -The vertical motions throughout the Cainozoic (topography-bathymetry analysis, sedimentology and stratigraphy field work, apatite fission tracks and U/Th/He thermochronology) and more recent deformation (concentrations of cosmogenic elements)

  4. -The present-day opening (GPS network monitoring and extension of the network)

- The thermo-mechanical modelling (numerical and analogue models).

The overall goal of this project is to build 3D images of the deep (mantle), intermediate (crust), and superficial (sediments) structures of the Gulf of Aden basin from its rifting to its present-day oceanic spreading in order to understand the mechanisms of continental margins formation.

The project will be managed by S. Leroy at the “ISTEP” from the UPMC with partner of IPG Paris, EOST Strasbourg, Bordeaux Univ. and will include the participation of several French (Géosciences Rennes, ENS Paris, Montpellier Univ. Brest Univ., obs. of Villefranche-sur-Mer, CEREGE Aix-Marseille...) and international labs (Leeds University, Bristol University, Rome 3 University, Barcelona University, Oxford University, Sultan Qabous Univ. at Muscat, Sanaa University).