Structure and evolution of the Ligurian back-arc basin and its northern margin : contributions of deep geophysical imagery from the SEFASILS cruise

Le bassin Ligure, à la jonction entre la Méditerranée Occidentale et la chaîne Alpine, s'est ouvert en extension arrière-arc entre l'Oligocène et le Miocène sous l'effet du retrait de la plaque africaine en subduction sous l'Eurasie. Cet épisode a créé des structures complexes dans une lithosphère déjà hétérogène. Le bassin et sa marge nord sont actuellement repris en compression, ce dont témoignent une faible convergence mesurée par le GPS et l'analyse de la sismicité. Des éléments morpho-structuraux indiquent que cette tendance est initiée depuis le Pliocène.L'objet de cette thèse a été d'explorer la structure profonde du bassin Ligure et de sa marge Nord afin d'en préciser les modalités de formation. Le travail a reposé sur l'exploitation des données de la campagne SEFASILS (Seismic Exploration of Faults And Structures In the Ligurian Sea), réalisée à l'automne 2018 à bord du N/O Pourquoi Pas ?. Celle-ci a mobilisé des moyens modernes de géophysique marine sur un transect de 150 km recoupant la marge et le bassin, avec un streamer sismique couvrant les offsets jusqu'à 6 km, ainsi qu'un réseau dense de 36 sismomètres de fond de mer complété de 4 stations à terre. Les acquisitions réalisées ont marqué une reprise des investigations profondes en Mer Ligure, les derniers levés en sismique réflexion pénétrante (campagnes MALIS et LISA) et en sismique grand-angle (campagne GROSMarin) datant de 1995 et 2008 respectivement. La forte épaisseur de dépôts évaporitiques Messiniens reste un défi à l'observation structurale profonde mais l'exploitation conjointe des deux types de données sismiques acquises, ainsi que celle de données gravimétriques, a permis des avancées majeures dans la caractérisation des natures de socle. Les méthodologies utilisées ont inclus l'imagerie sismique réflexion temps et profondeur avant sommation, la tomographie des temps d'arrivées réfractées et réfléchies au Moho et la modélisation de l'anomalie à l'air libre.L'interprétation des résultats ainsi obtenus met en évidence un remplissage sédimentaire de de 7 km environ. Elle permet surtout de distinguer quatre différents domaines structuraux de la marge vers le bassin profond : (1) le necking de la croûte continentale de la marge Nord Ligure, (2) un domaine continental hyper aminci, (3) un domaine de manteau exhumé d'une trentaine de km et enfin (4) un domaine interprété comme de la croûte océanique formée en régime d'accrétion lente, impliquant une part importante d'extension tectonique mais également une composante mafique.Pour expliquer la géométrie du toit du manteau sous les sédiments, nous proposons deux structures de détachement concaves vers le bas, à vergences opposées, permettant son exhumation (1) au pied de la marge, lors du rifting, et (2) pendant l'expansion océanique, au travers de ce qui est interprété comme un oceanic core complex, probablement situé à proximité du paléo-centre d'accrétion.L'analyse des anomalies gravimétriques de grande longueur d'onde permet d'extrapoler ces interprétations à la partie sud du bassin, le socle de cette dernière étant semblant aussi majoritairement constitué de manteau exhumé peu ou pas altéré. L'interprétation des résultats de migration profondeur avant sommation précise les caractéristiques du remplissage sédimentaire et appuie l'hypothèse d'une mise en place des structures du rift liées à une composante notable de déformation ductile dans la croûte hyper amincie.La sismicité régionale du bassin Ligure présente des séismes de magnitudes faibles à modérées, avec des mécanismes focaux indiquant un régime compressif. Les structures mises en évidence dans ce travail pourraient constituer des zones de faiblesse qui localiseraient la sismicité, notamment les deux détachements. La sismicité combinée à la répartition des domaines crustaux dans l'ensemble du bassin Ligure permet de supposer l'existence de deux failles de transfert importantes bordant le domaine de manteau exhumé au nord comme au sud.The Ligurian Basin, at the junction between the Western Mediterranean and the Alpine chain, opened in back-arc extension between the Oligocene and the Miocene, driven by the rollback of the African slab under Eurasia. This episode created complex structures in an already heterogeneous lithosphere. The basin and its northern margin are currently undergoing compression, as evidenced by a weak convergence measured by GPS and seismicity analysis. Morpho-structural evidence indicates that this trend has been underway since the Pliocene.The aim of this thesis was to explore the deep structure of the Ligurian Basin and its northern margin in order to clarify the modalities of its formation. The work was based on the exploitation of data from the SEFASILS (Seismic Exploration of Faults And Structures In the Ligurian Sea) cruise, carried out in autumn 2018 on board the R/V Pourquoi Pas?. This mobilized modern marine geophysical equipment on a 150 km transect crossing the margin and the basin, with a 6 km-long streamer, as well as a dense network of 36 OBS complemented by 4 onshore stations. The acquisitions carried out resumed deep investigations in the Ligurian Sea, the last penetrating seismic reflection surveys (MALIS and LISA cruises) and wide-angle seismic surveys (GROSMarin cruise) dating back to 1995 and 2008 respectively. The high thickness of Messinian evaporitic deposits remains a challenge to deep structural imaging, but the joint exploitation of the two types of seismic data acquired, as well as gravity data, has allowed major advances in the characterization of the various natures of the basement. The methodologies used included time and pre-stack depth migrations, travel time tomography of refracted and Moho-reflected arrivals, and modeling of the free air anomaly.The interpretation of the results thus obtained highlights a sedimentary filling of about 7 km. Above all, it allows us to distinguish four different structural domains from the margin to the deep basin: (1) the necking of the continental crust of the North Ligurian margin, (2) a hyper-thinned continental domain, (3) an exhumed mantle domain of about 30 km extent and finally (4) a domain interpreted as oceanic crust formed in a slow accretionary regime, implying an important part of tectonic extension but also a mafic component.To explain the geometry of the mantle roof beneath the sediments, we propose two concave downward detachment structures with opposite dips, allowing its exhumation (1) at the foot of the margin, during rifting, and (2) during oceanic expansion, through what is interpreted as an oceanic core complex, probably located close to the spreading paleocenter.Analysis of long-wavelength gravity anomalies allows us to extrapolate these interpretations to the southern part of the basin, where the basement also appears to consist of predominantly exhumed mantle with little or no alteration. Interpretation of the pre-stack depth migration results clarifies the characteristics of the sedimentary filling and supports the hypothesis of the emplacement of rift structures related to a significant component of ductile deformation in the hyper-thinned crust.The regional seismicity of the Ligurian Basin shows low to moderate magnitude earthquakes, with focal mechanisms indicating a compressive regime. The structures highlighted in this work could constitute zones of weakness that would localize the seismicity, especially the two detachments. The seismicity combined with the distribution of crustal domains throughout the Ligurian Basin suggests the existence of two major transfer faults bordering the domain of exhumed mantle to the north as well as to the south

Structure et évolution du bassin arrière-arc Ligure et de sa marge nord : apports de l'imagerie géophysique profonde de la campagne SEFASILS

The Ligurian Basin, at the junction between the Western Mediterranean and the Alpine chain, opened in back-arc extension between the Oligocene and the Miocene, driven by the rollback of the African slab under Eurasia. This episode created complex structures in an already heterogeneous lithosphere. The basin and its northern margin are currently undergoing compression, as evidenced by a weak convergence measured by GPS and seismicity analysis. Morpho-structural evidence indicates that this trend has been underway since the Pliocene.The aim of this thesis was to explore the deep structure of the Ligurian Basin and its northern margin in order to clarify the modalities of its formation. The work was based on the exploitation of data from the SEFASILS (Seismic Exploration of Faults And Structures In the Ligurian Sea) cruise, carried out in autumn 2018 on board the R/V Pourquoi Pas?. This mobilized modern marine geophysical equipment on a 150 km transect crossing the margin and the basin, with a 6 km-long streamer, as well as a dense network of 36 OBS complemented by 4 onshore stations. The acquisitions carried out resumed deep investigations in the Ligurian Sea, the last penetrating seismic reflection surveys (MALIS and LISA cruises) and wide-angle seismic surveys (GROSMarin cruise) dating back to 1995 and 2008 respectively. The high thickness of Messinian evaporitic deposits remains a challenge to deep structural imaging, but the joint exploitation of the two types of seismic data acquired, as well as gravity data, has allowed major advances in the characterization of the various natures of the basement. The methodologies used included time and pre-stack depth migrations, travel time tomography of refracted and Moho-reflected arrivals, and modeling of the free air anomaly.The interpretation of the results thus obtained highlights a sedimentary filling of about 7 km. Above all, it allows us to distinguish four different structural domains from the margin to the deep basin: (1) the necking of the continental crust of the North Ligurian margin, (2) a hyper-thinned continental domain, (3) an exhumed mantle domain of about 30 km extent and finally (4) a domain interpreted as oceanic crust formed in a slow accretionary regime, implying an important part of tectonic extension but also a mafic component.To explain the geometry of the mantle roof beneath the sediments, we propose two concave downward detachment structures with opposite dips, allowing its exhumation (1) at the foot of the margin, during rifting, and (2) during oceanic expansion, through what is interpreted as an oceanic core complex, probably located close to the spreading paleocenter.Analysis of long-wavelength gravity anomalies allows us to extrapolate these interpretations to the southern part of the basin, where the basement also appears to consist of predominantly exhumed mantle with little or no alteration. Interpretation of the pre-stack depth migration results clarifies the characteristics of the sedimentary filling and supports the hypothesis of the emplacement of rift structures related to a significant component of ductile deformation in the hyper-thinned crust.The regional seismicity of the Ligurian Basin shows low to moderate magnitude earthquakes, with focal mechanisms indicating a compressive regime. The structures highlighted in this work could constitute zones of weakness that would localize the seismicity, especially the two detachments. The seismicity combined with the distribution of crustal domains throughout the Ligurian Basin suggests the existence of two major transfer faults bordering the domain of exhumed mantle to the north as well as to the south.Le bassin Ligure, à la jonction entre la Méditerranée Occidentale et la chaîne Alpine, s'est ouvert en extension arrière-arc entre l'Oligocène et le Miocène sous l'effet du retrait de la plaque africaine en subduction sous l'Eurasie. Cet épisode a créé des structures complexes dans une lithosphère déjà hétérogène. Le bassin et sa marge nord sont actuellement repris en compression, ce dont témoignent une faible convergence mesurée par le GPS et l'analyse de la sismicité. Des éléments morpho-structuraux indiquent que cette tendance est initiée depuis le Pliocène.L'objet de cette thèse a été d'explorer la structure profonde du bassin Ligure et de sa marge Nord afin d'en préciser les modalités de formation. Le travail a reposé sur l'exploitation des données de la campagne SEFASILS (Seismic Exploration of Faults And Structures In the Ligurian Sea), réalisée à l'automne 2018 à bord du N/O Pourquoi Pas ?. Celle-ci a mobilisé des moyens modernes de géophysique marine sur un transect de 150 km recoupant la marge et le bassin, avec un streamer sismique couvrant les offsets jusqu'à 6 km, ainsi qu'un réseau dense de 36 sismomètres de fond de mer complété de 4 stations à terre. Les acquisitions réalisées ont marqué une reprise des investigations profondes en Mer Ligure, les derniers levés en sismique réflexion pénétrante (campagnes MALIS et LISA) et en sismique grand-angle (campagne GROSMarin) datant de 1995 et 2008 respectivement. La forte épaisseur de dépôts évaporitiques Messiniens reste un défi à l'observation structurale profonde mais l'exploitation conjointe des deux types de données sismiques acquises, ainsi que celle de données gravimétriques, a permis des avancées majeures dans la caractérisation des natures de socle. Les méthodologies utilisées ont inclus l'imagerie sismique réflexion temps et profondeur avant sommation, la tomographie des temps d'arrivées réfractées et réfléchies au Moho et la modélisation de l'anomalie à l'air libre.L'interprétation des résultats ainsi obtenus met en évidence un remplissage sédimentaire de de 7 km environ. Elle permet surtout de distinguer quatre différents domaines structuraux de la marge vers le bassin profond : (1) le necking de la croûte continentale de la marge Nord Ligure, (2) un domaine continental hyper aminci, (3) un domaine de manteau exhumé d'une trentaine de km et enfin (4) un domaine interprété comme de la croûte océanique formée en régime d'accrétion lente, impliquant une part importante d'extension tectonique mais également une composante mafique.Pour expliquer la géométrie du toit du manteau sous les sédiments, nous proposons deux structures de détachement concaves vers le bas, à vergences opposées, permettant son exhumation (1) au pied de la marge, lors du rifting, et (2) pendant l'expansion océanique, au travers de ce qui est interprété comme un oceanic core complex, probablement situé à proximité du paléo-centre d'accrétion.L'analyse des anomalies gravimétriques de grande longueur d'onde permet d'extrapoler ces interprétations à la partie sud du bassin, le socle de cette dernière étant semblant aussi majoritairement constitué de manteau exhumé peu ou pas altéré. L'interprétation des résultats de migration profondeur avant sommation précise les caractéristiques du remplissage sédimentaire et appuie l'hypothèse d'une mise en place des structures du rift liées à une composante notable de déformation ductile dans la croûte hyper amincie.La sismicité régionale du bassin Ligure présente des séismes de magnitudes faibles à modérées, avec des mécanismes focaux indiquant un régime compressif. Les structures mises en évidence dans ce travail pourraient constituer des zones de faiblesse qui localiseraient la sismicité, notamment les deux détachements. La sismicité combinée à la répartition des domaines crustaux dans l'ensemble du bassin Ligure permet de supposer l'existence de deux failles de transfert importantes bordant le domaine de manteau exhumé au nord comme au sud

Structure et évolution du bassin arrière-arc Ligure et de sa marge nord : apports de l'imagerie géophysique profonde de la campagne SEFASILS

The Ligurian Basin, at the junction between the Western Mediterranean and the Alpine chain, opened in back-arc extension between the Oligocene and the Miocene, driven by the rollback of the African slab under Eurasia. This episode created complex structures in an already heterogeneous lithosphere. The basin and its northern margin are currently undergoing compression, as evidenced by a weak convergence measured by GPS and seismicity analysis. Morpho-structural evidence indicates that this trend has been underway since the Pliocene.The aim of this thesis was to explore the deep structure of the Ligurian Basin and its northern margin in order to clarify the modalities of its formation. The work was based on the exploitation of data from the SEFASILS (Seismic Exploration of Faults And Structures In the Ligurian Sea) cruise, carried out in autumn 2018 on board the R/V Pourquoi Pas?. This mobilized modern marine geophysical equipment on a 150 km transect crossing the margin and the basin, with a 6 km-long streamer, as well as a dense network of 36 OBS complemented by 4 onshore stations. The acquisitions carried out resumed deep investigations in the Ligurian Sea, the last penetrating seismic reflection surveys (MALIS and LISA cruises) and wide-angle seismic surveys (GROSMarin cruise) dating back to 1995 and 2008 respectively. The high thickness of Messinian evaporitic deposits remains a challenge to deep structural imaging, but the joint exploitation of the two types of seismic data acquired, as well as gravity data, has allowed major advances in the characterization of the various natures of the basement. The methodologies used included time and pre-stack depth migrations, travel time tomography of refracted and Moho-reflected arrivals, and modeling of the free air anomaly.The interpretation of the results thus obtained highlights a sedimentary filling of about 7 km. Above all, it allows us to distinguish four different structural domains from the margin to the deep basin: (1) the necking of the continental crust of the North Ligurian margin, (2) a hyper-thinned continental domain, (3) an exhumed mantle domain of about 30 km extent and finally (4) a domain interpreted as oceanic crust formed in a slow accretionary regime, implying an important part of tectonic extension but also a mafic component.To explain the geometry of the mantle roof beneath the sediments, we propose two concave downward detachment structures with opposite dips, allowing its exhumation (1) at the foot of the margin, during rifting, and (2) during oceanic expansion, through what is interpreted as an oceanic core complex, probably located close to the spreading paleocenter.Analysis of long-wavelength gravity anomalies allows us to extrapolate these interpretations to the southern part of the basin, where the basement also appears to consist of predominantly exhumed mantle with little or no alteration. Interpretation of the pre-stack depth migration results clarifies the characteristics of the sedimentary filling and supports the hypothesis of the emplacement of rift structures related to a significant component of ductile deformation in the hyper-thinned crust.The regional seismicity of the Ligurian Basin shows low to moderate magnitude earthquakes, with focal mechanisms indicating a compressive regime. The structures highlighted in this work could constitute zones of weakness that would localize the seismicity, especially the two detachments. The seismicity combined with the distribution of crustal domains throughout the Ligurian Basin suggests the existence of two major transfer faults bordering the domain of exhumed mantle to the north as well as to the south.Le bassin Ligure, à la jonction entre la Méditerranée Occidentale et la chaîne Alpine, s'est ouvert en extension arrière-arc entre l'Oligocène et le Miocène sous l'effet du retrait de la plaque africaine en subduction sous l'Eurasie. Cet épisode a créé des structures complexes dans une lithosphère déjà hétérogène. Le bassin et sa marge nord sont actuellement repris en compression, ce dont témoignent une faible convergence mesurée par le GPS et l'analyse de la sismicité. Des éléments morpho-structuraux indiquent que cette tendance est initiée depuis le Pliocène.L'objet de cette thèse a été d'explorer la structure profonde du bassin Ligure et de sa marge Nord afin d'en préciser les modalités de formation. Le travail a reposé sur l'exploitation des données de la campagne SEFASILS (Seismic Exploration of Faults And Structures In the Ligurian Sea), réalisée à l'automne 2018 à bord du N/O Pourquoi Pas ?. Celle-ci a mobilisé des moyens modernes de géophysique marine sur un transect de 150 km recoupant la marge et le bassin, avec un streamer sismique couvrant les offsets jusqu'à 6 km, ainsi qu'un réseau dense de 36 sismomètres de fond de mer complété de 4 stations à terre. Les acquisitions réalisées ont marqué une reprise des investigations profondes en Mer Ligure, les derniers levés en sismique réflexion pénétrante (campagnes MALIS et LISA) et en sismique grand-angle (campagne GROSMarin) datant de 1995 et 2008 respectivement. La forte épaisseur de dépôts évaporitiques Messiniens reste un défi à l'observation structurale profonde mais l'exploitation conjointe des deux types de données sismiques acquises, ainsi que celle de données gravimétriques, a permis des avancées majeures dans la caractérisation des natures de socle. Les méthodologies utilisées ont inclus l'imagerie sismique réflexion temps et profondeur avant sommation, la tomographie des temps d'arrivées réfractées et réfléchies au Moho et la modélisation de l'anomalie à l'air libre.L'interprétation des résultats ainsi obtenus met en évidence un remplissage sédimentaire de de 7 km environ. Elle permet surtout de distinguer quatre différents domaines structuraux de la marge vers le bassin profond : (1) le necking de la croûte continentale de la marge Nord Ligure, (2) un domaine continental hyper aminci, (3) un domaine de manteau exhumé d'une trentaine de km et enfin (4) un domaine interprété comme de la croûte océanique formée en régime d'accrétion lente, impliquant une part importante d'extension tectonique mais également une composante mafique.Pour expliquer la géométrie du toit du manteau sous les sédiments, nous proposons deux structures de détachement concaves vers le bas, à vergences opposées, permettant son exhumation (1) au pied de la marge, lors du rifting, et (2) pendant l'expansion océanique, au travers de ce qui est interprété comme un oceanic core complex, probablement situé à proximité du paléo-centre d'accrétion.L'analyse des anomalies gravimétriques de grande longueur d'onde permet d'extrapoler ces interprétations à la partie sud du bassin, le socle de cette dernière étant semblant aussi majoritairement constitué de manteau exhumé peu ou pas altéré. L'interprétation des résultats de migration profondeur avant sommation précise les caractéristiques du remplissage sédimentaire et appuie l'hypothèse d'une mise en place des structures du rift liées à une composante notable de déformation ductile dans la croûte hyper amincie.La sismicité régionale du bassin Ligure présente des séismes de magnitudes faibles à modérées, avec des mécanismes focaux indiquant un régime compressif. Les structures mises en évidence dans ce travail pourraient constituer des zones de faiblesse qui localiseraient la sismicité, notamment les deux détachements. La sismicité combinée à la répartition des domaines crustaux dans l'ensemble du bassin Ligure permet de supposer l'existence de deux failles de transfert importantes bordant le domaine de manteau exhumé au nord comme au sud

Structure et évolution du bassin arrière-arc Ligure et de sa marge nord : apports de l'imagerie géophysique profonde de la campagne SEFASILS

The Ligurian Basin, at the junction between the Western Mediterranean and the Alpine chain, opened in back-arc extension between the Oligocene and the Miocene, driven by the rollback of the African slab under Eurasia. This episode created complex structures in an already heterogeneous lithosphere. The basin and its northern margin are currently undergoing compression, as evidenced by a weak convergence measured by GPS and seismicity analysis. Morpho-structural evidence indicates that this trend has been underway since the Pliocene.The aim of this thesis was to explore the deep structure of the Ligurian Basin and its northern margin in order to clarify the modalities of its formation. The work was based on the exploitation of data from the SEFASILS (Seismic Exploration of Faults And Structures In the Ligurian Sea) cruise, carried out in autumn 2018 on board the R/V Pourquoi Pas?. This mobilized modern marine geophysical equipment on a 150 km transect crossing the margin and the basin, with a 6 km-long streamer, as well as a dense network of 36 OBS complemented by 4 onshore stations. The acquisitions carried out resumed deep investigations in the Ligurian Sea, the last penetrating seismic reflection surveys (MALIS and LISA cruises) and wide-angle seismic surveys (GROSMarin cruise) dating back to 1995 and 2008 respectively. The high thickness of Messinian evaporitic deposits remains a challenge to deep structural imaging, but the joint exploitation of the two types of seismic data acquired, as well as gravity data, has allowed major advances in the characterization of the various natures of the basement. The methodologies used included time and pre-stack depth migrations, travel time tomography of refracted and Moho-reflected arrivals, and modeling of the free air anomaly.The interpretation of the results thus obtained highlights a sedimentary filling of about 7 km. Above all, it allows us to distinguish four different structural domains from the margin to the deep basin: (1) the necking of the continental crust of the North Ligurian margin, (2) a hyper-thinned continental domain, (3) an exhumed mantle domain of about 30 km extent and finally (4) a domain interpreted as oceanic crust formed in a slow accretionary regime, implying an important part of tectonic extension but also a mafic component.To explain the geometry of the mantle roof beneath the sediments, we propose two concave downward detachment structures with opposite dips, allowing its exhumation (1) at the foot of the margin, during rifting, and (2) during oceanic expansion, through what is interpreted as an oceanic core complex, probably located close to the spreading paleocenter.Analysis of long-wavelength gravity anomalies allows us to extrapolate these interpretations to the southern part of the basin, where the basement also appears to consist of predominantly exhumed mantle with little or no alteration. Interpretation of the pre-stack depth migration results clarifies the characteristics of the sedimentary filling and supports the hypothesis of the emplacement of rift structures related to a significant component of ductile deformation in the hyper-thinned crust.The regional seismicity of the Ligurian Basin shows low to moderate magnitude earthquakes, with focal mechanisms indicating a compressive regime. The structures highlighted in this work could constitute zones of weakness that would localize the seismicity, especially the two detachments. The seismicity combined with the distribution of crustal domains throughout the Ligurian Basin suggests the existence of two major transfer faults bordering the domain of exhumed mantle to the north as well as to the south.Le bassin Ligure, à la jonction entre la Méditerranée Occidentale et la chaîne Alpine, s'est ouvert en extension arrière-arc entre l'Oligocène et le Miocène sous l'effet du retrait de la plaque africaine en subduction sous l'Eurasie. Cet épisode a créé des structures complexes dans une lithosphère déjà hétérogène. Le bassin et sa marge nord sont actuellement repris en compression, ce dont témoignent une faible convergence mesurée par le GPS et l'analyse de la sismicité. Des éléments morpho-structuraux indiquent que cette tendance est initiée depuis le Pliocène.L'objet de cette thèse a été d'explorer la structure profonde du bassin Ligure et de sa marge Nord afin d'en préciser les modalités de formation. Le travail a reposé sur l'exploitation des données de la campagne SEFASILS (Seismic Exploration of Faults And Structures In the Ligurian Sea), réalisée à l'automne 2018 à bord du N/O Pourquoi Pas ?. Celle-ci a mobilisé des moyens modernes de géophysique marine sur un transect de 150 km recoupant la marge et le bassin, avec un streamer sismique couvrant les offsets jusqu'à 6 km, ainsi qu'un réseau dense de 36 sismomètres de fond de mer complété de 4 stations à terre. Les acquisitions réalisées ont marqué une reprise des investigations profondes en Mer Ligure, les derniers levés en sismique réflexion pénétrante (campagnes MALIS et LISA) et en sismique grand-angle (campagne GROSMarin) datant de 1995 et 2008 respectivement. La forte épaisseur de dépôts évaporitiques Messiniens reste un défi à l'observation structurale profonde mais l'exploitation conjointe des deux types de données sismiques acquises, ainsi que celle de données gravimétriques, a permis des avancées majeures dans la caractérisation des natures de socle. Les méthodologies utilisées ont inclus l'imagerie sismique réflexion temps et profondeur avant sommation, la tomographie des temps d'arrivées réfractées et réfléchies au Moho et la modélisation de l'anomalie à l'air libre.L'interprétation des résultats ainsi obtenus met en évidence un remplissage sédimentaire de de 7 km environ. Elle permet surtout de distinguer quatre différents domaines structuraux de la marge vers le bassin profond : (1) le necking de la croûte continentale de la marge Nord Ligure, (2) un domaine continental hyper aminci, (3) un domaine de manteau exhumé d'une trentaine de km et enfin (4) un domaine interprété comme de la croûte océanique formée en régime d'accrétion lente, impliquant une part importante d'extension tectonique mais également une composante mafique.Pour expliquer la géométrie du toit du manteau sous les sédiments, nous proposons deux structures de détachement concaves vers le bas, à vergences opposées, permettant son exhumation (1) au pied de la marge, lors du rifting, et (2) pendant l'expansion océanique, au travers de ce qui est interprété comme un oceanic core complex, probablement situé à proximité du paléo-centre d'accrétion.L'analyse des anomalies gravimétriques de grande longueur d'onde permet d'extrapoler ces interprétations à la partie sud du bassin, le socle de cette dernière étant semblant aussi majoritairement constitué de manteau exhumé peu ou pas altéré. L'interprétation des résultats de migration profondeur avant sommation précise les caractéristiques du remplissage sédimentaire et appuie l'hypothèse d'une mise en place des structures du rift liées à une composante notable de déformation ductile dans la croûte hyper amincie.La sismicité régionale du bassin Ligure présente des séismes de magnitudes faibles à modérées, avec des mécanismes focaux indiquant un régime compressif. Les structures mises en évidence dans ce travail pourraient constituer des zones de faiblesse qui localiseraient la sismicité, notamment les deux détachements. La sismicité combinée à la répartition des domaines crustaux dans l'ensemble du bassin Ligure permet de supposer l'existence de deux failles de transfert importantes bordant le domaine de manteau exhumé au nord comme au sud

Transfer Faults and associated volcanic province in the Valencia Basin: consequences on crustal thinning

International audienc

Transfer zones and associated volcanic province in the eastern Valencia Basin: Evidence for a hot rifted margin?

International audienceThe role of NW-SE transfer zones during the opening of the Northwestern Mediterranean Basin has long been evidenced, mostly from seismic-reflection and magnetic data. Each of these features corresponds to transverse basement steps and/or fractures controlling the progressive deepening from the Valencia Basin toward the center of the Liguro-Provençal Basin. The most important one, the North-Balearic-Fracture-Zone, accounts for the counterclockwise rotation of the Corsica-Sardinia block and separates the Valencia continental basin from the Liguro-Provençal oceanic basin. Another transfer zone, the Central Fracture Zone is the limit of the NE part of the Valencia Basin floored with volcanic basement. Further north, the Catalan Fracture Zone corresponds to a large scale transfer zone that limits between the eastern Pyrenees and the thinned crust of the Gulf of Lion. New observations on deep seismic lines show in detail the extent of a 1–3 km thick volcanic Province around the North-Balearic-Fracture-Zone. It includes the numerous volcanoes of the Valencia Basin mostly superimposed on the transverse fractures zones. The transfer zones are also characterized by narrow syn-rift grabens interpreted as transtensional pull-apart basins along the transfer faults. The transfer zones are associated at depth with domes uplifting the Moho, thinning locally the crust down to 3 km and exhuming deeper material. Deep reflections and thinning at the base of the crust draw extensional shear-zones and crustal boudins that, together with the large amount of syn-rift volcanism in the area, suggests a ductile behavior during early stage of extension. This ductile behavior has then evolved toward more brittle deformation and deposition of syn-rift sediments in asymmetric basins. The volcanic Province disappears in the distal prolongation of the Catalan Fracture Zone that we observe and characterize for the first time. Here a thin crust with flat top consists of westward-dipping reflections in the upper part, rooted in reflective layers. This crust passes laterally to the type II exhumed domain of the Liguro-Provençal Basin and to the oceanic domain to the south. Three crustal domains can thus be distinguished in the transition between the Valencia and Liguro-Provençal Basins illustrating the complex 3D deformation of the area

From Pyrenees to the Gulf of Lion: Role of the crustal structures and of the Catalan Transfer Zone (CTZ)

International audienc

Deep crustal structures of the transition zone between the Pyrenees and the Gulf of Lion margin from magnetic and gravimetric data

International audienc

Detailed tectonic reconstructions of the Western Mediterranean region for the last 35 Ma, insights on driving mechanisms

Slab retreat, slab tearing and interactions of slabs are first-order drivers of the deformation of the overriding lithosphere. An independent description of the tectonic evolution of the back-arc and peripheral regions is a pre-requisite to test the proposed conceptual, analogue and numerical models of these complex dynamics in 3-D. We propose here a new series of detailed kinematics and tectonic reconstructions from 35 Ma to the Present shedding light on the driving mechanisms of back-arc rifting in the Mediterranean where several back-arc basins all started to form in the Oligocene. The step-by-step backward reconstructions lead to an initial situation 35 Ma ago with two subduction zones with opposite direction, below the AlKaPeCa block (i.e. belonging to the Alboran, Kabylies, Peloritani, Calabrian internal zones). Extension directions are quite variable and extension rates in these basins are high compared to the Africa-Eurasia convergence velocity. The highest rates are found in the Western Mediterranean, the Liguro-Provençal, Alboran and Tyrrhenian basins. These reconstructions are based on shortening rates in the peripheral mountain belts, extension rates in the basins, paleomagnetic rotations, pressure-temperature-time paths of metamorphic complexes within the internal zones of orogens, and kinematics of the large bounding plates. Results allow visualizing the interactions between the Alps, Apennines, Pyrenean-Cantabrian belt, Betic Cordillera and Rif, as well as back-arc basins. These back-arc basins formed at the emplacement of mountain belts with superimposed volcanic arcs, thus with thick, hot and weak crusts explaining the formation of metamorphic core complexes and the exhumation of large portions of lower crustal domains during rifting. They emphasize the role of transfer faults zones accommodating differential rates of retreat above slab tears and their relations with magmatism. Several transfer zones are identified, separating four different kinematic domains, the largest one being the Catalan-Balearic-Sicily Transfer Zone. Their integration in the wider Mediterranean realm and a comparison of motion paths calculated in several kinematic frameworks with mantle fabric shows that fast slab retreat was the main driver of back-arc extension in this region and that large-scale convection was a subsidiary driver for the pre-8 Ma period, though it became dominant afterward. Slab retreat and back-arc extension was mostly NW-SE until ∼ 20 Ma and the docking of the AlKaPeCa continental blocks along the northern margin of Africa induced a slab detachment that propagated eastward and westward, thus inducing a change in the direction of extension from NW-SE to E-W. Fast slab retreat between 32 and 8 Ma and induced asthenospheric flow have prevented the transmission of the horizontal compression due to Africa-Eurasia convergence from Africa to Eurasia and favored instead upper-plate extension driven by slab retreat. Once slab retreat had slowed down in the Late Miocene, this N-S compression was felt and recorded again from the High Atlas to the Paris Basin