Etude pétro-structurale des péridotites de Béni Bousera et des roches crustales sus-jacentes (Rif Interne, Maroc) : Implications géodynamiques

Abstract

The peridotites of the Beni Bousera massif are, together with the Ronda peridotites, subcontinental peridotites that belong to the internal zones of the Alpine Rif and Betic Cordillera, respectively. The internal zones of these two chains are formed by a metamorphic complex comprising an upper sequence (Dorsale, Ghomarides-Malaguides) and a lower sequence (Sebtides-Alpujarrides).The study presented here focused on the Beni Bousera Massif which corresponds to the southern part of the Betic-Rif arc. The main purposes were to precise the geometry, structure and metamorphic evolution of the units forming the Massif in order to better understand their tectonic evolution, the conditions of the exhumation, and the kinematics of the Oligo-Miocene evolution of the Mediterranean region. This study used a multidisciplinary approach implying structural geology, microstructural and petrographic study of sampled rocks, estimates of metamorphic conditions of the successive episodes using the thermobarometry and numerical modeling of phase equilibria and their dating using the U-Th-Pb method on monazite (LA-ICP-MS).The structural analysis reveals that a major normal shear zone, over 20 km long, with a dextral component exists between the peridotites and the overlying crustal units. This zone brings up the peridotites with respect to the overlying granulites and metapelites of the Filali unit. This shearing is associated to the main phase of deformation D2. It is the primary marker of the regional tectonics.New P-T data from the peridotites show that the D2 deformation is associated with decompression from ≈ 22 kbar, 1050 °C to ≈ 9-15 kbar, 800 °C and is responsible for the exhumation of the Beni Bousera peridotites. In metapelites of the Filali unit, the main result is the identification of two phases of deformation D1 and D2. The first phase D1 is a barrovian metamorphic event (MP-MHT), whereas the second phase D2 corresponds to a metamorphic evolution of HT-LP type. The first event is attributed to the stacking of tectonic units, the second reflects the extension of the nappe-stack. The second deformation is characterized by a N-S to NW-SE stretching directions and top-to-the-N-NW senses of shear and is associated with decompression. It leads to the exhumation of deep units, and is controlled in part by the large shear zone that separates the crustal units from the underlying peridotites. It is during the exhumation and the ascension of the peridotites that the overlying crustal rocks recorded heating by the hot peridotites resulting in the observed LP-HT metamorphism. Our results and literature data show that the extension (D2) is of Middle Miocene age (21 Ma). Metamorphic and geochronological constraints suggest that the first, D1 event is older. It is therefore likely to be Variscan, but the data do not allow to either confirm or reject this hypothesis. The P-T evolution recorded in the peridotites and the overlying crustal units is interpreted in terms of a significant crustal thinning following crustal thickening. This thinning is done in the hanging-wall of a kilometer-scale lithospheric ductile shear zone. The exceptional preservation of garnet within the mylonitic peridotites is interpreted as the result of rapid cooling of the border of the massif due to the juxtaposition with colder crustal rocks along this shear zone. The integration of these new results on the scale of the Betic-Rif arc allows to propose a scenario of the deformation history of the Beni Bousera region and the Alboran domain. A phase of shortening D1, attributable to the Variscan collision, causes the MP-MHT metamorphism in the metapelites of the Filali unit (Lower Sebtides). An extension phase (D2) affects the entire Betics-Rif orogen during the Middle Miocene, the lithosphere is thinned and the peridotites are exhumed. This extension is probably related to a subduction slab roll-back towards the south.Les péridotites du massif de Béni Bousera sont, avec celles de Ronda, des péridotites sous-continentales appartenant aux domaines internes des chaînes Alpines du Rif et des Bétiques, respectivement. Les zones internes de ces deux chaînes sont formées par un complexe métamorphique comportant un ensemble supérieur (Dorsale, Ghomarides-Malaguides) et un ensemble inférieur (Sebtides-Alpujarrides). Les travaux menés dans cette thèse se sont focalisés sur la partie sud de l’arc Bétique-Rif, dans la région du Massif de Béni Bousera. Ils visaient à préciser la géométrie, la structure et l’évolution métamorphique des unités qui constituent le massif, afin de mieux comprendre leur évolution tectonique, les modalités de l’exhumation, et la cinématique de l’évolution du domaine méditerranéen à l’Oligo-Miocène. Cette étude s’est appuyée sur une approche pluridisciplinaire impliquant la géologie structurale, l’étude pétrographique et microstructurale des roches échantillonnées, les estimations des conditions des épisodes métamorphiques successifs à l’aide de la thermobarométrie et la modélisation numérique des équilibres de phases et leur datation par la méthode U-Th-Pb sur monazites (LA-ICP-MS).L’analyse structurale indique qu’une importante zone de cisaillement normale, plus de 20 km de longueur, avec une composante dextre sépare les unités crustales des péridotites. Cette zone fait monter les péridotites par rapport aux granulites et les métapélites de l’unité de Filali sus-jacentes. Ce cisaillement entre en jeu pendant la phase de déformation principale D2. Il est le principal marqueur de la tectonique régionale.De nouvelles données P-T des péridotites montrent que la déformation D2 est associée à une décompression allant de ≈ 22 kbar, 1050°C à ≈ 9-15 kbar, 800°C et est responsable de l’exhumation des péridotites de Béni Bousera. Les principaux résultats obtenus mettent en évidence dans les métapélites de l’unité de Filali, deux phases de déformation D1 et D2. La première phase D1 correspond à un événement métamorphique barrovien (MP-MHT), et la deuxième phase D2 correspond à une évolution métamorphique de type HT-BP. La première correspond à l’empilement des unités tectoniques, la seconde à l’extension de l’édifice de nappes. Cette seconde déformation est caractérisée par une direction d’étirement d’orientation NW-SE à N-S et associée à des cisaillements normaux au N-NW et est associée à une décompression. Elle entraîne l’exhumation des unités profondes, contrôlée en partie par l’importante zone de cisaillement qui sépare les unités crustales des péridotites sous-jacentes. Ainsi, c’est au cours de l’exhumation et de l'ascension des péridotites que les roches des unités crustales sus-jacentes enregistrent un réchauffement par les péridotites chaudes et un métamorphisme de BP-HT. Nos résultats ainsi que les données de la littérature montrent que l’extension (D2) est d’âge Miocène moyen (21 Ma). Les contraintes métamorphiques et géochronologiques suggèrent que le premier événement D1 est plus vieux. Il est probable qu’il soit donc hercynien, mais les données obtenues ne permettent pas d'affirmer, ni de rejeter cette hypothèse. L’évolution P-T enregistrée dans les péridotites et les unités crustales sus-jacentes s’interprète par un amincissement crustal considérable après l’épaississement. Cet amincissement est effectué dans le toit d'une zone de cisaillement lithosphérique ductile d'échelle kilométrique. La préservation exceptionnelle de grenat dans les péridotites mylonitiques est interprétée comme le résultat d’un refroidissement rapide de la partie périphérique du massif dû à la juxtaposition de roches crustales froides le long de cette zone de cisaillement. L’intégration de ces nouveaux résultats à l’échelle de l’arc Bétiques-Rif permet de proposer un scénario d’évolution de la déformation de la région de Béni Bousera et du domaine d'Alboran. Une phase de raccourcissement, D1, due à la collision hercynienne, entraîne le métamorphisme de MP-MHT dans les métapélites de Filali (Sebtides inférieures). Au Miocène Moyen, une phase d’extension (D2) affecte l’ensemble de la chaîne Bético-rifaine, la lithosphère est amincie et les péridotites sont exhumées. Cette extension est probablement liée à un retrait de la zone de subduction vers le sud

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oai:HAL:tel-02437874v1Last time updated on 2/18/2020

This paper was published in Thèses en Ligne.

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