Tectonostratigraphic evolution of the northeastern Arabian Plate in Kurdistan since the Jurassic

Abstract

La zone étudiée est située dans le nord de l Irak dans la Région Autonome du Kurdistan. Cette région correspond géographiquement à la partie nord-ouest de la chaîne du Zagros. La chaîne du Zagros est une chaîne plissée de couverture longue d environ 1800 km. Elle résulte du plissement de la couverture sédimentaire de la marge et de la plate-forme de la plaque arabe pendant la collision cénozoïque entre la plaque arabe et l Eurasie. Ce travail s appuie sur une étude tectono-stratigraphique des série jurassique à cénozoïque du Kurdistan. La période antérieure à la collision a principalement été étudiée, en particulier les relations entre les principaux évènements tectoniques et la sédimentation. The principaux domaines développés sont (1) la biostratigraphie à partir de l étude des assemblages de nannofossiles, (2) l analyse de la tectonique cassante et (3) l étude stratigraphique de la séquence d âge jurassique à cénozoïque (plus particulièrement crétacée). Les séries de la chaîne du Zagros montrent de nombreux changements latéraux et verticaux de facies et d environnement, plus particulièrement pendant le Crétacé. Au cours du Jurassique le Kurdistan était occupé par le bassin de Gotnia qui s ouvrait vers le sud-ouest vers le bassin de Kermansha. Du Berriasien au Barrémien le Kurdistan était couvert par les carbonates des formations de Balambo et de Sarmord. Dans l est et le sud-est du Kurdistan la formation de Sarmord passe latéralement graduellement aux facies de bassin de la formation de Balambo. De l Aptien au Cénomanien une épaisse série de carbonates d origine récifale constituant la formation de Qamchuqa s est déposé. Un premier épisode extensif peu marqué est enregistré à l Aptian. Il est associé à des changements latéraux de facies abrupts entre les formations de Qamchuqa et de Balambo. Pendant la période allant du Cénomanien au Turonien inférieur un graben apparait dans la région du Lac de Dokan dans l est du Kurdistan où se déposent des facies plus profonds (formations de Dokan et Gulneri) entourés de dépôts de plate-forme. Pendant le Turonien se déposent les facies de bassin constitués des calcaires fins à silex de la formation de Kometan qui couvrent le nord-est du Kurdistan. Ces calcaires sont absents dans le centre et l ouest du pays notamment dans les anticlinaux de Safeen, Shakrok et Harir où cette formation a été totalement ou partiellement érodée pendant la période Coniacien à Campanien inférieur. La sédimentation est très hétérogène pendant le Crétacé supérieur avec une lacune du Coniacien et Santonian. Un bassin associé à une tectonique extensive se développe au Campanien avec le dépôt des marnes et des calcaires marneux de la formation de Shiranish. La première apparition au Kurdistan des facies flyschoïdes de la formation de Tanjero a été précisément datée du Campanien supérieur au Kurdistan. La formation de Tanjero, d âge Campanien supérieur à Maastrichtien recouvre en concordance la formation de Shiranish. La formation de Tanjero se dépose dans le bassin d avant-fosse associé à l obduction des ophiolites téthysienne sur la plate-forme arabe. Le Campanien est une période de non-dépôt dans la partie centrale du Kurdistan (région de Safeen, Shakrok et Harir) alors qu à l ouest se développe une vaste plate-forme carbonatée (la plate-forme de Bekmeh). Cette sédimentation carbonatée disparait pendant le Campanien supérieur quand les calcaires marneux de la formation de Shiranish transgressent la plate-forme de Bekmeh. Dans le secteur d Aqra la formation de Tanjero passe latéralement aux facies récifaux maastrichtiens de la formation d Aqra. Cette dernière est recouverte en discordance par les carbonates de lagons de la formation de Khurmala. Pendant une grande partie du Campanien la sédimentation est contrôlées par des failles normales orientées NE-SW qui structures les grabens de Dokan, Spilk et Soran. Au cours du Maastrichtien dans l extrême nord-est du pays des extensions NE-SW et NNW-SSE se développent dans le bassin d avant-fosse et sont à l origine des structures en horsts et grabens. Les dépôts clastiques de la formation de Tanjero sédimentent dans les grabens tandis que des lentilles des calcaires récifaux se déposent sur les horsts. Ces lentilles calcaires intercalées dans la série clastique flyschoïde peuvent atteindre quelques dizaines de mètres d épaisseur et plusieurs kilomètres de long. L étude des déformations cassantes dans ces corps carbonatés du Maastrichtien moyen-supérieur a montré que l extension liée à la formation des structures en horsts et grabens était associée, par permutation des axes principaux de contraintes 1 et 2, à des régimes décrochants. Cependant l essentiel des paléo-tenseurs reconstruits dans le Zagros kurde à partir de l analyse des populations de failles à stries est associé à l orogénèse du Cénozoïque supérieur du Zagros, donc à la collision entre l Arabie et l Eurasie. Le champ de contrainte néogène lié à cet évènement majeur est caractérisé par une alternance de régimes compressifs et décrochants avec des axes de la contrainte principale 1 orientés NNE-SSW à ENE-WSW avec une pic principal orienté NE-SW.The studied area is located in Northern Iraq in the Kurdistan Region, which approximately corresponds to the North-Western part of the Zagros belt. The Zagros belt is an active fold and thrust belt approximately 1800 km long, mainly resulting from the deformation of the sedimentary sequence of the Arabian margin and shelf during the Cenozoic Arabian-Eurasia collision. This study concentrates on the tectono-stratigraphy evolution of Kurdistan from Jurassic up to present. However we mainly investigated the evolution of the pre-collision period, focusing on the relationship between tectonics and sedimentation. In this study we developed (1) a biostratigraphic approach using nannofossil analysis, (2) a fault tectonic analysis, and (3) a stratigraphic study of the Jurassic to Neogene sequences (more particularly the Cretaceous series). The Zagros fold belt in Kurdistan exhibits many lateral and vertical environmental and facies changes, especially during the Cretaceous times. During the Jurassic period the Kurdistan is occupied by the restricted Gotnia Basin. This basin disappeared and the Kurdistan area changed to open marine of a southwest Kermanshah Basin during the Cretaceous. During the Berriasian to Barremian the Kurdistan was covered by the carbonates of the Balambo and Sarmord formations. In the east and southeast the neritic Sarmord Formation gradationally and laterally passes to the basinal facies of the Balambo Formation. In the Aptian to Cenomanian period shallow massive reefal limestone of the Qamchuqa Formation deposited. The normal faulting that initiates during the Aptian is associated with an abrupt lateral change of the reefal Qamchuqa Formation to the Aptian-Cenomanian part of the Balambo Formation. During the Cenomanian-Early Turonian periods the graben formed in the Dokan Lake in eastern Kurdistan, where developed a deeper restricted environment (Dokan and Gulneri formations) surrounded by a shallow marine platform. During the Turonian the marine pelagic micritic cherty limestones of Kometan Formation covered northeast of Kurdistan, whereas in the Safeen, Shakrok and Harir anticlines the formation was totally, or partially, weathered during the Coniacian-Early Campanian period. The deposition during the Late Cretaceous is very heterogeneous with a gap in the Coniacian-Santonian times probably related to a non-deposition. Associated with extensive tectonics a basin developed during the Campanian with the deposition of shales, marls and marly limestones of the Shiranish Formation. The first appearance is the Kurdistan of the flysch facies of the Tanjero Formation was precisely dated of the Upper Campanian in northeastern Kurdistan. The Tanjero Formation conformably overlaying the Shiranish Formation and was deposited in the foredeep basin associated with the obduction of Tethyan ophiolites onto the Arabian Platform. The Early to Late Campanian period is a time of non-deposition in Central Kurdistan (Safeen, Shakrok and Harir anticlines). During the Late Campanian the Bekhme carbonate platform in the north disappeared when the marly limestones of the Shiranish Formation transgressed over the Bekmeh Platform. In the Aqra area the Maastrichtian Tanjero Formation laterally changed to the thick reefal sequence of the Aqra Formation that unconformably overlies by the Late Paleocene-Early Eocene lagoonal carbonate of the Khurmala Formation. The Campanian sedimentation is mainly controlled by NE- oriented normal faults forming Grabens in Dokan, Spilk and Soran areas. During the Maastrichtian in the extreme northeastern Kurdistan the NE-SW and NNW-SSE normal faults developed in the foredeep basin and originated horsts and grabens. Clastic sediments accumulated in the grabens and the reefal carbonate developed on the horsts. These bars are several tens of meters thick and commonly several kilometres long. The study of the brittle deformations in these Middle-Upper Maastrichtian carbonate bodies showed that the strike-slip faults associated with the extension, formed by permutation of the orientation of 1 and 2 axes. However most of the paleotensors reconstructed (compressional and strike-slip regimes) in the Kurdish Zagros from analysis of fault populations are associated with the Late Cenozoic Zagros orogeny, which results from the collision between Arabia and Eurasia. The Neogene stress field related to this major event is characterized by alternating compression with the principal stress axes 1 oriented NE-SW to ENE -WSW with a main peak oriented NE-SW.PARIS-BIUSJ-Sci.Terre recherche (751052114) / SudocSudocFranceF