Reappraisal of the magma-rich versus magma-poor rifted margin archetypes

Abstract Rifted margins are commonly defined as magma-poor or magma-rich archetypes based on their morphology. We re-examine the prevailing model inferred from this classification that magma-rich margins have excess decompression melting at lithospheric breakup compared with steady-state seafloor spreading, while magma-poor margins have inhibited melting. We investigate the magmatic budget related to lithospheric breakup along two high-resolution long-offset deep reflection seismic profiles across the SE Indian (magma-poor) and Uruguayan (magma-rich) rifted margins. Resolving the magmatic budget is difficult and several interpretations can explain our seismic observations, implying different mechanisms to achieve lithospheric breakup and melt production for each archetype. We show that the Uruguayan and other magma-rich margins may indeed involve excess decompression melting compared with steady-state seafloor spreading but could also be explained by a gradual increase with an early onset relative to crustal breakup. A late onset of decompression melting relative to crustal breakup enables mantle exhumation characteristic of magma-poor margin archetypes (e.g. SE India). Despite different volumes of magmatism, the mechanisms suggested at lithospheric breakup are comparable between both archetypes. Considerations on the timing of decompression melting onset relative to crustal thinning may be more important than the magmatic budget to understand the evolution and variability of rifted margins.</jats:p

Evolution morpho-tectonique et magmatique polyphasée des marges ultra-distales pauvres en magma : la transition océan-continent fossile de l'Err et de la Platta (SE Suisse) et comparaison avec des analogues actuels

The aim of this study is to investigate the morpho-structural and magmatic evolution of magma-poor distal rifted margins, as well as their reactivation. This study is focused on the fossil distal margins of the Alpine Tethys. The study of the reactivation of these domains, (Err and Platta, Switzerland) shows that alpine thrusts principally reworked former rift structures. The Err nappe can be restored as a hyper-extended domain characterized by a system of detachment faults with a complex architecture evolving in-sequence and leads to the continental crust separation and the exhumation of mantle. The Platta nappe corresponds to a subcontinental exhumed mantle domain associated to an increase of syn-tectonic magmatic additions oceanwards. The distal domain is interpreted as the relic of a dome-shaped structure capped by a detachment fault and crosscut by latter normal faults facilitating the emplacement of basalts and fluid circulations. The approach developed in this thesis enabled a better understanding of one distal and ultra-distal magma-poor rifted margin, as well as to discuss processes related to the formation and reactivation of plate boundaries.Cette thèse a pour but d’étudier l’évolution morpho-structurale et magmatique des marges distales pauvres en magma ainsi que leur réactivation. Cette étude est focalisée sur les marges fossiles distales de la Téthys Alpine. L’étude de la réactivation de ces domaines (l’Err et la Platta, Suisse) montre que les chevauchements alpins réactivent principalement d’anciennes structures de rift. L’Err peut ainsi être restaurée et correspond à un ancien domaine de croute hyper-amincie caractérisé par un système de failles de détachement qui évolue en séquence et conduit à la rupture continentale et à l’exhumation du manteau. La Platta correspond à un domaine de manteau sous continental exhumé associé à une augmentation des additions magmatiques syn-tectoniques dans les parties distales. Ce domaine est interprété comme la relique d’une structure en dôme coiffée par une faille de détachement et recoupée par des failles normales favorisant la mise en place de magma et de fluides. L’approche utilisée a permis de mieux contraindre l’architecture d’une marge distale pauvre en magma et de discuter les processus de formation et de la réactivation des limites de plaque

Morpho-tectono-magmatic evolution and reactivation of ultra-distal magma-poor rifted margins : the fossil Err-Platta Ocean-Continent-Transition (SE Switzerland) and comparison to present-day analogues

Cette thèse a pour but d’étudier l’évolution morpho-structurale et magmatique des marges distales pauvres en magma ainsi que leur réactivation. Cette étude est focalisée sur les marges fossiles distales de la Téthys Alpine. L’étude de la réactivation de ces domaines (l’Err et la Platta, Suisse) montre que les chevauchements alpins réactivent principalement d’anciennes structures de rift. L’Err peut ainsi être restaurée et correspond à un ancien domaine de croute hyper-amincie caractérisé par un système de failles de détachement qui évolue en séquence et conduit à la rupture continentale et à l’exhumation du manteau. La Platta correspond à un domaine de manteau sous continental exhumé associé à une augmentation des additions magmatiques syn-tectoniques dans les parties distales. Ce domaine est interprété comme la relique d’une structure en dôme coiffée par une faille de détachement et recoupée par des failles normales favorisant la mise en place de magma et de fluides. L’approche utilisée a permis de mieux contraindre l’architecture d’une marge distale pauvre en magma et de discuter les processus de formation et de la réactivation des limites de plaque.The aim of this study is to investigate the morpho-structural and magmatic evolution of magma-poor distal rifted margins, as well as their reactivation. This study is focused on the fossil distal margins of the Alpine Tethys. The study of the reactivation of these domains, (Err and Platta, Switzerland) shows that alpine thrusts principally reworked former rift structures. The Err nappe can be restored as a hyper-extended domain characterized by a system of detachment faults with a complex architecture evolving in-sequence and leads to the continental crust separation and the exhumation of mantle. The Platta nappe corresponds to a subcontinental exhumed mantle domain associated to an increase of syn-tectonic magmatic additions oceanwards. The distal domain is interpreted as the relic of a dome-shaped structure capped by a detachment fault and crosscut by latter normal faults facilitating the emplacement of basalts and fluid circulations. The approach developed in this thesis enabled a better understanding of one distal and ultra-distal magma-poor rifted margin, as well as to discuss processes related to the formation and reactivation of plate boundaries

Morpho-tectono-magmatic evolution and reactivation of ultra-distal magma-poor rifted margins : the fossil Err-Platta Ocean-Continent-Transition (SE Switzerland) and comparison to present-day analogues

Cette thèse a pour but d’étudier l’évolution morpho-structurale et magmatique des marges distales pauvres en magma ainsi que leur réactivation. Cette étude est focalisée sur les marges fossiles distales de la Téthys Alpine. L’étude de la réactivation de ces domaines (l’Err et la Platta, Suisse) montre que les chevauchements alpins réactivent principalement d’anciennes structures de rift. L’Err peut ainsi être restaurée et correspond à un ancien domaine de croute hyper-amincie caractérisé par un système de failles de détachement qui évolue en séquence et conduit à la rupture continentale et à l’exhumation du manteau. La Platta correspond à un domaine de manteau sous continental exhumé associé à une augmentation des additions magmatiques syn-tectoniques dans les parties distales. Ce domaine est interprété comme la relique d’une structure en dôme coiffée par une faille de détachement et recoupée par des failles normales favorisant la mise en place de magma et de fluides. L’approche utilisée a permis de mieux contraindre l’architecture d’une marge distale pauvre en magma et de discuter les processus de formation et de la réactivation des limites de plaque.The aim of this study is to investigate the morpho-structural and magmatic evolution of magma-poor distal rifted margins, as well as their reactivation. This study is focused on the fossil distal margins of the Alpine Tethys. The study of the reactivation of these domains, (Err and Platta, Switzerland) shows that alpine thrusts principally reworked former rift structures. The Err nappe can be restored as a hyper-extended domain characterized by a system of detachment faults with a complex architecture evolving in-sequence and leads to the continental crust separation and the exhumation of mantle. The Platta nappe corresponds to a subcontinental exhumed mantle domain associated to an increase of syn-tectonic magmatic additions oceanwards. The distal domain is interpreted as the relic of a dome-shaped structure capped by a detachment fault and crosscut by latter normal faults facilitating the emplacement of basalts and fluid circulations. The approach developed in this thesis enabled a better understanding of one distal and ultra-distal magma-poor rifted margin, as well as to discuss processes related to the formation and reactivation of plate boundaries

Defining diagnostic criteria to describe the role of rift inheritance in collisional orogens: the case of the Err-Platta nappes (Switzerland)

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The tectono-magmatic and subsidence evolution during lithospheric breakup in a salt-rich rifted margin: Insights from a 3D seismic survey from southern Gabon

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Carbonatation chaude en relation spatiale et génétique avec la mise en place de basaltes durant l’exhumation mantellique Téthysienne enregistrée dans la nappe de la Platta, Alpes Suisses

International audienceLes transitions océan-continent (OCT) sont reconnues comme des environnements propices à la formation et au piégeage d’hydrocarbures. Ainsi lors des dernières décennies, de nombreuses études ont été entreprises à travers l’acquisition de données de sismique réflexion, de modélisation numérique et analogique ou encore l’étude d’analogues de terrain. Une importante découverte a été la reconnaissance de roches mantelliques exhumées par des détachements dans les parties les plus distales de certaines marges. Ces structures ressemblent à celles imagées le long des rides océaniques au niveau des Oceanic Core Complex. Ces structures tectoniques focalisent des circulations de fluides réagissant avec de larges volumes de roches mafiques (systèmes hydrothermaux) et ultramafiques (serpentinisation, ophicalcitisation) et aboutissent notamment à des minéralisations spécifiques (sites de Rainbow, Lost-City, TAG sur la dorsale atlantique). Dans la nappe de la Platta (Canton des Grisons, Suisse), les serpentinites sont affectées par une carbonatation importante (ophicalcites) en relation spatiale avec un détachement Jurassique associé avec la formation de l’océan téthysien. Dans ce travail nous caractérisons d’abord d’un point de vue structural les relations entre les circulations fluides génératrices d’ophicalcites et le fonctionnement du détachement, en suite de quoi nous caractérisons par une approche pétro-géochimique, notamment en isotopes stables, les sources des fluides impliquées et les conditions de leur circulation. La carbonatation affecte les basaltes au toit du détachement ainsi que les serpentinites sous-jacentes sur quelques dizaines de mètres. Les compositions isotopiques des veines calcitiques recoupant les basaltes autant que les serpentinites sont homogènes à la fois en δ18O (autour de 16%o) et δ13C (0-1%o). Ces données sont compatibles avec un seul événement de carbonatation. Le fluide est dérivé de l’eau de mer, et génère la carbonatation à des températures entre 90 et 105 C. La circulation des fluides est associée à l’avènement du magmatisme basaltique, dont : i) les épanchements ont fourni la charge lithostatique requise pour la réactivation de ce segment du détachement ; ii) la chaleur a déclenché l’advection de fluides, en particulier, à l’interface basalte-serpentinite. Le système de la Platta représente un " end-member " des processus de carbonatation hydrothermaux en relation avec le magmatisme dans un contexte d’exhumation mantellique

Birth of an oceanic spreading center at a magma-poor rift system

Abstract Oceanic crust is continuously created at mid-oceanic ridges and seafloor spreading represents one of the main processes of plate tectonics. However, if oceanic crust architecture, composition and formation at present-day oceanic ridges are largely described, the processes governing the birth of a spreading center remain enigmatic. Understanding the transition between inherited continental and new oceanic domains is a prerequisite to constrain one of the last major unsolved problems of plate tectonics, namely the formation of a stable divergent plate boundary. In this paper, we present newly released high-resolution seismic reflection profiles that image the complete transition from unambiguous continental to oceanic crusts in the Gulf of Guinea. Based on these high-resolution seismic sections we show that onset of oceanic seafloor spreading is associated with the formation of a hybrid crust in which thinned continental crust and/or exhumed mantle is sandwiched between magmatic intrusive and extrusive bodies. This crust results from a polyphase evolution showing a gradual transition from tectonic-driven to magmatic-driven processes. The results presented in this paper provide a characterization of the domain in which lithospheric breakup occurs and enable to define the processes controlling formation of a new plate boundary

The syn-rift stratigraphic record across a fossil hyper-extended rifted margin: the example of the northwestern Adriatic margin exposed in the Central Alps

International audienceTo understand the overall spatial and temporal evolution and resulting sedimentary stacking patterns within an evolving hyper-extended rift system, we investigated the Austroalpine and Upper Penninic nappes in the Central Alps. These nappes preserve pristine remnants of the northwestern Adriatic rifted margin showing the transition from stretched and hyper- extended continental crust to exhumed mantle of a sediment-starved, magma-poor rifted margin. Our paper reviews sedi- mentological and structural data that enable us to determine a general chrono-tectono-stratigraphic framework for the syn-rift succession of the margin. The detailed study of the facies distribution within the different rift domains, including proximal, necking, hyper-extended, and exhumed mantle domains, allow us to identify syn- and post-tectonic sedimentary packages. The correlation of these sedimentary packages between the rift domains is based on the identification of basin-wide cor- relative stratigraphic intervals linked to global or basin-wide Jurassic events: (1) the Early Toarcian Oceanic Anoxic Event; (2) an Early Bajocian bio-siliceous event; and (3) the onset of Tithonian carbonate-dominated sedimentation. Using these timelines, we could recognize the oceanward propagation of the syn-tectonic package from the proximal to the exhumed mantle domains as a function of time. A key observation is that syn-tectonic packages can be compartmentalized into four tectonic system tracts across the margin. Each system tract and their associated bounding surfaces record the stratigraphic evolution and change in deformation mode related to distinct and successive syn-rift phases that correspond to the stretching (~ 10My), necking (~ 6My), hyper-extension (~ 15My), and mantle exhumation (~ 18My) phases

Reappraisal of the magma-rich versus magma-poor rifted margin archetypes

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