The Barracuda Ridge and Tiburon Rise, East of the Lesser Antilles : origin, evolution and geodynamic implications

Les rides de Barracuda et de Tiburon sont deux reliefs sous-marins situés dans la partie ouest de l'océan Atlantique, là où la lithosphère océanique des plaques Amérique du Nord (NAM) et Amérique du Sud (SAM) est entraînée par subduction sous la plaque Caraïbe, formant l'arc volcanique des Petites Antilles et le prisme d’accrétion de Barbade. Le processus et la période de soulèvement conduisant au relief actuel de ces rides (qui semblent être un marqueur important dans l'histoire géodynamique de la région) sont sujets à débat depuis des décennies.L’interprétation de nouvelles données de sismique réflexion et de bathymétrie multifaisceaux acquises à travers les rides de Barracuda et de Tiburon (campagne Antiplac, 2007 ) a permis de dater les périodes de soulèvements des rides et réaliser des reconstructions paléogéographiques incluant les flux sédimentaires majeurs, depuis le Crétacé jusqu’ à l’Actuel.L’analyse structurale révèle des phases de réactivations tardives d’anciennes zones de fractures dans un contexte transpressif, conduisant aux surrections des rides de Tiburon et de Barracuda.Les processus géologiques possibles impliqués dans la formation des rides de Barracuda et de Tiburon coïncident avec les modèles cinématiques récents décrivant les mouvements relatifs entre les plaques NAM et SAM, le long de la limite de plaque diffuse.Ces résultats permettent de mieux définir la limite de plaque entre NAM et SAM. Elle est nécessairement hétérogène exploitant les zones de faiblesses dans la lithosphère que sont les zones de fracture. Au sein de cette limite de plaque la lithosphère serait donc fragmentée.The Barracuda Ridge and the Tiburon Rise, two oceanic-basement ridges, lie in the western Atlantic Ocean, where oceanic lithosphere of the North American (NAM) and South American (SAM) plates is subducted beneath the Caribbean plate, creating the Lesser Antilles volcanic arc and the Barbados Ridge accretionary complex. The process and the timing of the uplift leading to the present day morphologies of the Tiburon and Barracuda ridges, that seem to be key markers in the geodynamic history of the region, has remained a matter of debate for decades.From the analysis of new multibeam and seismic reflection profiles acquired in 2007 (Antiplac crusie) DSDP-ODP boreholes available, we provide new information on the timing of the formation of the Barracuda Ridge and Tiburon Rise in their present-day configurations. We propose paleogeographic reconstructions with the main sediments fluxes deposited in the area of the Barracuda and Tiburon ridges from the Late Cretaceous to present. Structural analysis shows reactivation of fracture zones in a transpressive setting leading to the uplifts of the Barracuda and Tiburon Ridges.The location of the Barracuda Ridge and the Tiburon Rise and the timing of the uplift fit well with recent global plate kinematic models describing the movements of NAM relative to SAM along a diffuse plate boundaryThis NAM-SAM plate boundary zone, therefore must most certainly be heterogeneous in nature, exploiting weaknesses in the lithosphere provided by fracture zones where mechanically advantageous, but forming new boundary segments elsewhere, to transfer motion between reactivated segments of the fracture zones

Les rides de Barracuda et de Tiburon, à l'Est de la subduction des Petites Antilles : origine, évolution et conséquences géodynamiques

The Barracuda Ridge and the Tiburon Rise, two oceanic-basement ridges, lie in the western Atlantic Ocean, where oceanic lithosphere of the North American (NAM) and South American (SAM) plates is subducted beneath the Caribbean plate, creating the Lesser Antilles volcanic arc and the Barbados Ridge accretionary complex. The process and the timing of the uplift leading to the present day morphologies of the Tiburon and Barracuda ridges, that seem to be key markers in the geodynamic history of the region, has remained a matter of debate for decades.From the analysis of new multibeam and seismic reflection profiles acquired in 2007 (Antiplac crusie) DSDP-ODP boreholes available, we provide new information on the timing of the formation of the Barracuda Ridge and Tiburon Rise in their present-day configurations. We propose paleogeographic reconstructions with the main sediments fluxes deposited in the area of the Barracuda and Tiburon ridges from the Late Cretaceous to present. Structural analysis shows reactivation of fracture zones in a transpressive setting leading to the uplifts of the Barracuda and Tiburon Ridges.The location of the Barracuda Ridge and the Tiburon Rise and the timing of the uplift fit well with recent global plate kinematic models describing the movements of NAM relative to SAM along a diffuse plate boundaryThis NAM-SAM plate boundary zone, therefore must most certainly be heterogeneous in nature, exploiting weaknesses in the lithosphere provided by fracture zones where mechanically advantageous, but forming new boundary segments elsewhere, to transfer motion between reactivated segments of the fracture zones.Les rides de Barracuda et de Tiburon sont deux reliefs sous-marins situés dans la partie ouest de l'océan Atlantique, là où la lithosphère océanique des plaques Amérique du Nord (NAM) et Amérique du Sud (SAM) est entraînée par subduction sous la plaque Caraïbe, formant l'arc volcanique des Petites Antilles et le prisme d’accrétion de Barbade. Le processus et la période de soulèvement conduisant au relief actuel de ces rides (qui semblent être un marqueur important dans l'histoire géodynamique de la région) sont sujets à débat depuis des décennies.L’interprétation de nouvelles données de sismique réflexion et de bathymétrie multifaisceaux acquises à travers les rides de Barracuda et de Tiburon (campagne Antiplac, 2007 ) a permis de dater les périodes de soulèvements des rides et réaliser des reconstructions paléogéographiques incluant les flux sédimentaires majeurs, depuis le Crétacé jusqu’ à l’Actuel.L’analyse structurale révèle des phases de réactivations tardives d’anciennes zones de fractures dans un contexte transpressif, conduisant aux surrections des rides de Tiburon et de Barracuda.Les processus géologiques possibles impliqués dans la formation des rides de Barracuda et de Tiburon coïncident avec les modèles cinématiques récents décrivant les mouvements relatifs entre les plaques NAM et SAM, le long de la limite de plaque diffuse.Ces résultats permettent de mieux définir la limite de plaque entre NAM et SAM. Elle est nécessairement hétérogène exploitant les zones de faiblesses dans la lithosphère que sont les zones de fracture. Au sein de cette limite de plaque la lithosphère serait donc fragmentée

Influence of synkinematic sedimentation in a thrust system with two decollement levels; analogue modelling

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Les rides de Barracuda et de Tiburon, à l'Est de la subduction des Petites Antilles (origine, évolution et conséquences géodynamiques)

Les rides de Barracuda et de Tiburon sont deux reliefs sous-marins situés dans la partie ouest de l'océan Atlantique, là où la lithosphère océanique des plaques Amérique du Nord (NAM) et Amérique du Sud (SAM) est entraînée par subduction sous la plaque Caraïbe, formant l'arc volcanique des Petites Antilles et le prisme d accrétion de Barbade. Le processus et la période de soulèvement conduisant au relief actuel de ces rides (qui semblent être un marqueur important dans l'histoire géodynamique de la région) sont sujets à débat depuis des décennies.L interprétation de nouvelles données de sismique réflexion et de bathymétrie multifaisceaux acquises à travers les rides de Barracuda et de Tiburon (campagne Antiplac, 2007 ) a permis de dater les périodes de soulèvements des rides et réaliser des reconstructions paléogéographiques incluant les flux sédimentaires majeurs, depuis le Crétacé jusqu à l Actuel.L analyse structurale révèle des phases de réactivations tardives d anciennes zones de fractures dans un contexte transpressif, conduisant aux surrections des rides de Tiburon et de Barracuda.Les processus géologiques possibles impliqués dans la formation des rides de Barracuda et de Tiburon coïncident avec les modèles cinématiques récents décrivant les mouvements relatifs entre les plaques NAM et SAM, le long de la limite de plaque diffuse.Ces résultats permettent de mieux définir la limite de plaque entre NAM et SAM. Elle est nécessairement hétérogène exploitant les zones de faiblesses dans la lithosphère que sont les zones de fracture. Au sein de cette limite de plaque la lithosphère serait donc fragmentée.The Barracuda Ridge and the Tiburon Rise, two oceanic-basement ridges, lie in the western Atlantic Ocean, where oceanic lithosphere of the North American (NAM) and South American (SAM) plates is subducted beneath the Caribbean plate, creating the Lesser Antilles volcanic arc and the Barbados Ridge accretionary complex. The process and the timing of the uplift leading to the present day morphologies of the Tiburon and Barracuda ridges, that seem to be key markers in the geodynamic history of the region, has remained a matter of debate for decades.From the analysis of new multibeam and seismic reflection profiles acquired in 2007 (Antiplac crusie) DSDP-ODP boreholes available, we provide new information on the timing of the formation of the Barracuda Ridge and Tiburon Rise in their present-day configurations. We propose paleogeographic reconstructions with the main sediments fluxes deposited in the area of the Barracuda and Tiburon ridges from the Late Cretaceous to present. Structural analysis shows reactivation of fracture zones in a transpressive setting leading to the uplifts of the Barracuda and Tiburon Ridges.The location of the Barracuda Ridge and the Tiburon Rise and the timing of the uplift fit well with recent global plate kinematic models describing the movements of NAM relative to SAM along a diffuse plate boundaryThis NAM-SAM plate boundary zone, therefore must most certainly be heterogeneous in nature, exploiting weaknesses in the lithosphere provided by fracture zones where mechanically advantageous, but forming new boundary segments elsewhere, to transfer motion between reactivated segments of the fracture zones.BREST-SCD-Bib. electronique (290199901) / SudocSudocFranceF

Pleistocene Mass Transport Deposits Off Barbados Accretionary Prism (Lesser Antilles)

Two Pleistocene mass transport deposits (MTDs), with volumes of thousands of km(3), have been identified from multi-channel seismic data in the abyssal plain at the front of the Barbados accretionary prism. Estimated sediment volumes for these MTDs are likely underestimated due to limited seismic coverage. In this work, we suggest that these MTDs are comparable in size to large submarine landslides as reported in the literature. These MTDs lie on the vicinity of two major oceanic ridges, the Barracuda Ridge and the Tiburon Rise. It is also suggested in this work that the MTDs come from seismicity associated with the formation of the Barracuda Ridge or the Barbados accretionary prism; however, triggering mechanisms involved in their formation remain uncertain. The present study discusses the potential causal factors accounting for the formation of these MTDs

Seismic structure of the northwestern margin of the South China Sea: implication for asymmetric continental extension

Evolution of the continental margins of the South China Sea (SCS) is one of the open questions when discussing continental breakup and seafloor spreading. We processed data from a wide-angle seismic profile (OBS2011–1), which passes through the northwestern margin of the SCS, and performed travel time modeling to obtain the seismic velocity structures. The modeling results show a stepwise variation of the crustal thicknesses from continental margin to oceanic basin. Stretching factor of the upper crust is nearly double the estimate of the lower crust along the Zhongsha Trough. The lower crust shows asymmetrical upwelling towards the trough center, accompanied by ∼0.3 km/s of the velocity increase due to magmatic addition. The upper and lower crusts have almost the same stretching factor beneath continental blocks, indicating a uniform extension. Crustal structures of the conjugate margins of the Southwest Sub-basin show similar velocity range and different thickness distribution, supporting the common origin and asymmetric extension of these two margins. The Ocean-Continent Transition zones (OCT) are much wider in the southern part (∼50 km) than the northern part (∼25 km) crossing the margins. We propose a tectonic model for the asymmetry of both the conjugate margins and the OCTs, favoring the highly stretched upper crust and accompanied by rising of the ductile middle-lower crust controlled by major low-angle faults. The rigid blocks may also act as a kind of hindrance for further evolution of the failed rifts and affect the shape of the OCT

How wide is the seismogenic zone of the Lesser Antilles forearc?

The Lesser Antilles subduction zone has produced no recent strong thrust earthquakes, making it difficult to quantify the seismic hazard from such events. The Lesser Antilles arc has a low subduction rate and an accretionary wedge that is very wide at its southern end. To investigate the effect of the wedge on seismogenesis, numerical models of forearc thermal structure were constructed along six transects perpendicular to the arc in order to determine the thermally predicted width of the seismogenic zone. The geometry of each section is constrained by published seismic profiles and crustal models derived from gravity and seismic data and by earthquake hypocenters at depth. A major constraint on the deep part of the model is that mantle temperature beneath the volcanic arc should achieve a temperature of 1,100 degrees C to generate partial melts. Predicted surface heat flow is compared to the available heat flow observations. Thermal modeling results indicate a systematic southward increase in the width of the seismogenic zone, more than doubling in width from north to south and corresponding to a dramatic southward increase in forearc width (distance from the arc to the deformation front of the accretionary wedge). The minimum width of the seismogenic zone (distance between the intersections of the subduction interface with the 150 degrees C and 350 degrees C isotherms) increases from about 80 km, north of 16 degrees N, to 230 km, at 13 degrees N. The maximum width (between the 100 degrees C and 450 degrees C isotherms) ranges from about 150 km in the north to up to 320 km in the south. This large variation in the width of the seismogenic zone is a consequence of the increasing width of the accretionary wedge to the south, caused by the increased thickness of sediment on the subducting plate. There is good agreement between the thermally predicted seismogenic limits and the sparse distribution of recorded thrust earthquakes, which are observed only in the northern portion of the arc. Possible scenarios for mega-thrust earthquakes are discussed. Depending on the segment length (along-strike) of the rupture plane, the occurrence of an event of magnitude 8-9 cannot be excluded.L’absence de grands séismes récents à mécanismes chevauchants dans la zone de subduction des Petites Antilles rend difficile l’évaluation de l’aléa sismique lié à de tels événements. L’arc des Petites Antilles est caractérisé par une faible vitesse de subduction et par la présence d’un prisme d’accrétion très développé à son extrémité méridionale. Afin d’évaluer les effets de la largeur de ce prisme sur la genèse des séismes, nous avons étudié six sections perpendiculaires à l’arc, du nord au sud de celui-ci, pour déterminer la largeur de la zone sismogène prédite par les modèles thermiques appliqués à chacune de ces coupes. La géométrie de ces dernières est contrainte par les profils sismiques publiés, par les modèles de structure crustale déduits des données gravitaires et sismiques, et enfin par la distribution des hypocentres des séismes. Un contrôle important permettant de tester la validité des modèles thermiques en profondeur est qu’une température minimale de 1 100oC, compatible avec la fusion partielle du manteau hydraté, doit être atteinte sous l’arc volcanique actif. Par ailleurs, le flux thermique en surface prédit par ces modèles doit être compatible avec les mesures de flux de chaleur. Les modèles thermiques retenus d’après ces critères montrent une augmentation du simple au double vers le sud de la largeur de la zone sismogène, qui correspond à un élargissement considérable de la taille du domaine avant-arc. En effet, la largeur minimale de la zone sismogène (définie comme la distance entre les intersections de l’interface des plaques avec les isothermes 150o et 350oC) augmente d’environ 80 km au nord de 16oN jusqu’à 230 km à 13oN. La largeur maximale de cette zone (définie par les intersections de l’interface avec les isothermes 100o et 450oC) augmente, quant à elle, d’environ 150 km au nord jusqu’à 320 km au sud de l’arc. Cette variation considérable est la conséquence de l’augmentation de la largeur du prisme d’accrétion, elle-même causée par l’accumulation croissante des sédiments déposés sur la plaque plongeante. Les largeurs de la zone sismogène prédites à l’aide des modèles thermiques sont en bon accord avec les rares données disponibles sur les séismes à mécanismes chevauchants dans la partie nord de l’arc. Les scénarios possibles relatifs à des méga-séismes de ce type n’excluent pas de futurs événements atteignant des magnitudes de 8 à 9

Heat Flow measurements reveal pervasive fluid circulation, related to the subducting slow-spreading oceanic basement, within the Northern Lesser Antilles outer forearc.

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Thermally-constrained fluid circulation and seismicity in the Lesser Antilles subduction zone

International audienceAt subduction zones, fluid circulation and elevated pore pressure are key factors controlling the seismogenic behavior along the plate interface by reducing absolute fault strength, increasing the time return of high magnitude co-seismic rupture and favoring aseismic slip. The Lesser Antilles is an endmember subduction zone where the slow subduction of numerous trans-oceanic fracture zones and patches of pervasively fractured, hydrated and serpentinized exhumed mantle rocks increase the water input. Heat-flow variations measured in the trench and the forearc during the Antithesis 1 cruise reveal heat advection by fluid circulation and shed a new light onto the thermal control of seismicity location in the subduction zone. In the Northern Lesser Antilles, heat-flow anomalies, negative in the trench and positive in the forearc, reveal a ventilated fluid circulation with downward percolation of cold fluids at the sediment-starved, pervasively fractured trench and upward discharge of warm fluids through the Tintamarre Fault Zone in the forearc. In contrast, in the Central Lesser Antilles, a positive heat-flow anomaly at the trench and the accretionary wedge is typical of an insulated fluid circulation where warm fluids invade the plate interface flowing updip from the subduction depths up to the trench. The investigated margin segments correspond with a very low number of interplate thrust earthquakes, illustrating the frequent statement that fluids in subduction zones tend to reduce the interplate coupling, favor slow to aseismic slip behavior, and increase the time return of large seismic events. Moreover, the location of intraslab, and supraslab earthquakes at depth beneath the Central Lesser Antilles suggest a close relation to temperature-related dehydration reactions

Décollements, Detachments, and Rafts in the Extended Crust of Dangerous Ground, South China Sea: The Role of Inherited Contacts

International audienceWe investigate the crustal structure of the Dangerous Ground (South China Sea) through processing and interpretation of coincident wide-angle reflection and refraction seismic data. Continental crust of Dangerous Ground has been moderately thinned, down to 15 km, so that most of the structures accompanying the early opening of the South China Sea from Cretaceous to Miocene have been preserved. Subbasement reflectors as well as refraction velocities image an interpreted dismantled Mesozoic metamorphic unit in the southernmost section of our study area. A rollover structure indicates that the reflective base of the unit was used as a décollement where low-angle normal faults root and blocks rafted. The metamorphic unit is discontinued in a nearby basin located immediately to the north, where the refraction velocity model shows thinning of the crust from 20 to 15 km, with the presence of a 5-km-high mantle dome. In this deeper basin, mass transport deposits are found lying on a strong amplitude basement reflector interpreted as the footwall of an~15 km offset crustal detachment surface that we link down to the mantle dome. We infer that the detachment reactivated an inherited low-angle contact most probably related to the Yanshanian belt. In map view, the reactivated structure forms a half-graben basin oriented NNE-SSW oblique to the generally accepted direction of extension. This orientation follows the general trend of a granitic belt that spanned the South China margin prior to extension, related to the subduction of the Paleo-Pacific