• Langue : Anglais
• Discipline : Sciences de la terre et de l'univers
• Identifiant : 2024ULILR042
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 12/09/2024

Résumé en langue originale

Durant la croissance des chaînes plissées d'avant-pays, les structures préexistantes enfouies dans le socle peuvent être réactivées (déformation "thick-skin"), influençant la déformation superficielle (déformation "thin-skin"). Comment ces structures profondes affectent la nucléation et le développement de structures plus superficielles est crucial pour comprendre l'évolution des chaînes plissées d'avant-pays.Cette étude porte sur le bassin d'avant-pays du Tianshan septentrional (NW Chine) où des interactions entre des systèmes décrochants mésozoïques profonds et des plis et chevauchements cénozoïques superficiels ont été analysées. Deux méthodologies sont utilisées : l'examen de données sismiques haute résolution 2D et 3D, et le développement de modèles analogiques pour tester l'influence de divers paramètres sur l'évolution des chaînes plissées.Les principaux résultats sont :1. Les failles décrochantes profondes NW-SE d'Ai-Ka et du Tianshan septentrional ont formé une zone de cisaillement dextre pendant le Jurassique, influençant le développement du relai compressif sénestre de Gaoquan et la dépression de Sikeshu, interprétée comme un bassin en pull-apart.2. Les structures de décrochement profondes ont contrôlé la distribution des plis et chevauchements durant le rajeunissement cénozoïque du Tianshan, selon plusieurs scénarios structuraux. Les décollements localisent les plis et chevauchements.3. Le rétrécissement vers l'est du bassin de Sikeshu a limité la propagation vers le nord des structures compressives cénozoïques, réduisant le taux de raccourcissement moyen dans les niveaux superficiels (0,96-1,36 mm/an à l'ouest, 0,24-0,37 mm/an à l'est).4. Les expériences analogiques montrent que la réactivation d'une structure transpressive profonde peut créer une zone de faiblesse rhéologique, influençant la transmission des contraintes et la concentration de la déformation compressive superficielle.Cette étude révèle la géométrie du système de décrochement mésozoïque dans le bassin d'avant-pays du Tianshan septentrional et l'influence des structures profondes sur la déformation compressive ultérieure. Elle apporte des informations précieuses sur l'évolution méso-cénozoïque de la chaîne du Tianshan et propose des mécanismes de déformation applicables à d'autres avant-pays de chaînes de montagnes.

Résumé traduit

During the growth of foreland fold-and-thrust belts, pre-existing structures in the buried basement can be reactivated (thick-skinned deformation), which can then influence the subsequent / coeval shallow deformation (thin-skinned deformation). How the deep pre-existing structures affect the nucleation and development of shallower ones is a key question to address to establish the processes and mechanisms of foreland fold-and-thrust system growth and evolution.In this manuscript, we present an exceptional case study from the Northern Tianshan foreland basin (NW China) where the structural interaction between deep Mesozoic strike-slip systems and shallow Cenozoic contractional folds and thrusts have been documented and questioned. We use an approach based on two methodologies to gain insights on this scientific issue. First, we investigate original high-resolution 2-D and 3-D continental seismic data and well logs (up to 8-10 km depth) from the oil-and-gas industry to characterize the geometry and kinematics of deep and shallow foreland basin structures. Second, we develop a series of brittle-ductile sand-box analogue models to test the influence of several parameters (tectonic phases, erosion) on the dynamical evolution of foreland fold-and-thrust belt undergoing basement tectonic inversion of strike-slip structures. Our study reveals four key innovative achievements.1. Seismic interpretation and balanced restoration have evidenced that the deep NW-SE Ai-Ka and the Northern Tian Shan strike-slip faults formed a right-lateral shear zone during the Jurassic. This has controlled the development of the Gaoquan left-lateral restraining bend, and the structural evolution of the Sikeshu depression. We interpret this Sikeshu depression as a pull-apart basin limited by the deep-seated NW-SE Ai-Ka strike-slip fault to the north and the W-E Northern Tianshan range to the south-west.2. Seismic interpretation has also illustrated that the Ai-Ka and Gaoquan deep strike-slip structures have controlled the distribution of compressional thrust-related folds during the Cenozoic rejuvenation of the Tianshan. This occurs following several structural scenarios. Whether 1) when an active décollement is offset (structural pinch-out) or eroded (erosional pinch-out) by a deep-seated flower structure that vertically cut off a décollement, or (2) when a décollement is folded due to the reactivation of an underneath positive flower structure, the geometry of décollement localizes thrusting and folding.3. The eastward narrowing of the Sikeshu basin has limited the northward propagation of Cenozoic compressional structures. This has led to a decrease in the average structural shortening rate consumed in the shallow levels along the foreland (0.96-1.36 mm/year to the west, 0.24-0.37 mm/year to the east).4. Analogue experiments illustrate that folding of a (viscous) décollement level, caused by the reactivation of a pre-existing basement strike-slip compressional feature (restraining bend), can form a local weak zone relative to the surrounding area that influences the transmission of stresses toward the basin. This contributes to concentrating shallow compressional strain and forces the development of thrust ramps over deep reactivated structures.This work reveals the geometry of the Mesozoic strike-slip system in the Northern Tianshan foreland basin and examines the influence of the pre-existing strike-slip system on subsequent contractional deformation. This provides valuable insights into the Meso-Cenozoic evolution of the Tianshan range and proposes likely mechanisms presumably occurring in several other mountain belt forelands in the world.