Structure interne des Iles de Guadeloupe et de l Arc des Petites Antilles

Transcription

1 Structure interne des Iles de Guadeloupe et de l Arc des Petites Antilles Synthèse gravimétrique et magnétique Gailler L., Martelet G., Thinon I., Bouchot V., Lebrun J.-F., Munch P.

2 Contexte Géodynamique

3 Contexte Géodynamique Arc des Petites Antilles (850 km) divisé en 2 sub-arcs: Arc Interne et Arc Externe A l Est du prisme d accrétion: Plaque Atlantique fracturée Rides océaniques N130 E : - Barracuda - Tiburon -Ste Lucie Iles de Guadeloupe appartenant à chacun de ces sub-arcs

4 Contexte Géodynamique Source des données bathymétriques : Kashallow : UAG Aguadomar : IPGP

5 Contexte Géodynamique Est : - Grande-Terre - Désirade - Petite-Terre - Marie Galante Plateaux calcaires de l Arc Externe pre-miocène Ouest : - Basse-Terre - Les Saintes Arc Interne récent Source des données bathymétriques : Kashallow : UAG Aguadomar : IPGP

6 Contexte Géodynamique Est : Plateaux calcaires de l Arc Externe pre-miocène Ouest : - Basse-Terre Assemblage de volcans composite développés dans une zone de fracture active senestre dans la direction N160: faille de Montserrat- Bouillante-Les Saintes Source des données bathymétriques : Kashallow : UAG Aguadomar : IPGP

7 Méthodes Géophysiques Gravimétrie Magnétisme (Le Mouël et al., 1979) Laccadive

8 Méthodes Géophysiques Gravimétrie Magnétisme

9 Contexte Géodynamique Inteprétation - Gravimétrie Échelle régionale ¾ Carte d anomalie de Bouguer Ö Densité de correction 2.67 ¾ Anomalie régionale (grande λ) : Ö Information sur les structures profondes ¾ Anomalie résiduelle (courte λ) : Ö Meilleure résolution des strcutures locales et du système de failles Laccadive

10 Inteprétation - Gravimétrie

11 Inteprétation - Gravimétrie Échelle régionale Carte d anomalie de Bouguer résiduelle (courte λ) Densité de correction 2.67 Meilleure résolution des structures superficielles et du système de failles

12 Contexte Géodynamique Inteprétation - Gravimétrie Échelle régionale ¾ 3 zones principales ~ orientées N160 Ö Domaine E le long de l Arc Externe & superposé au prisme d accrétion (Karukera) + croûte océanique + rides Ö Domaine W associé à l Arc Interne & limité à l E par la MBS Ö Zone centrale associée aux reliefs émergés entre les arcs volcaniques anciens et récents Laccadive

13 Domaine E : 3 principales anomalies > 0 Eperon de Karukera : CO originelle épaissie par processus magmatiques et sous-plaquage (Diebold et al., 2009) Inteprétation - Gravimétrie Domain W : Plus homogène avec des trends N60 E Côte de Basse-Terre : anomalie < 0 alongée selon un axe N140 -N160 E le long de la MBS

14 Contexte Géodynamique Inteprétation - Gravimétrie ¾ Zone Centrale : Ö Continuité avec les trends à l E Ö Gamme d orientations de N20 à ~ N130 E Ö Cohérent avec le système de failles et le plissement en éventail

15 Contexte Géodynamique Inteprétation - Gravimétrie ¾ Zone Centrale : c Trend négatif Ö Limité au N par la MBS (N160 E) Ö Fortes anomalies < 0 (vallées et bassins) d Trend négatif // aux rides océaniques E de la Dominique Ö Zone curviligne < 0 recoupant et structurant le bloc > 0 S du domaine oriental

16 Les Iles de Guadeloupe Inteprétation - Gravimétrie Marie-Galante > 0 : gradation NS associée au relief et système de failles La Désirade > 0 : + anciennes roches de l Arc (Corsini et al., 2011) Laccadive Grande-Terre : 3 zones > 0 - Grands Fonds - Plateau St Jacques - St François Remontée du socle volcanique

17 Basse-Terre Inteprétation - Gravimétrie Chaîne Septentrionale > 0 coulées de laves andésitiques Volcan de la Soufrière < 0 Laccadive Transition Basse-Terre Grande Terre absence de signal (failles NS reportées; Terrier et al., 2010)

18 Inteprétation - Magnétisme Échelle régionale Traitement standard (IGRF ) Prolongement vers le haut à 1800 m asl Laccadive Paramètres de la réduction aux pôles (RTP) ~ champ magnétique ambiant Inclination : 29.7 Declination : 0

19 Contexte Géodynamique Inteprétation - Magnétisme Échelle régionale ¾ Anomalies positives et négatives de fortes amplitudes Ö Plusieurs domaines magnétiques ¾ Zone N dominée par la juxtaposition de trends en-échelons > 0 et < 0 ¾ Arc récent arc : trend < 0 ~ N170 E aligné avec le système de failles de la MBS fault system dans sa partie centrale ¾ Zone S: anomalies grande amplitude > 0 à l W de la Dominique et à l E de la Martinique Ö Origine profonde Laccadive

20 Contexte Géodynamique Inteprétation - Magnétisme ¾ Déformation de la plaque selon 5 axes structuraux orientés ~N20 à N130 E ¾ Structures en éventail cohérentes avec la morphologie du plancher océanique de l Arc Externe (Feuillet et al., 2010)

21 Îles de Guadeloupe Inteprétation - Magnétisme Marie Galante: > 0 La Désirade : > 0 NS Laccadive Grande-Terre : > 0 - Plateau Saint Jacques - Grands Fonds Remontée du socle volcanique (Bouysse and Garrabé, 1984)

22 Basse-Terre Inteprétation - Magnétisme Cohérence avec les âges des formations associées (Samper et al., 2007) Au S de la faille de Bouillante-Capesterre: 2 domaines associés avec le volcan de la Soufrière Laccadive - E coast of Basse-Terre : no well defined magnetic anomalies

23 Différentes approches de modélisation pour définir la structure gravimétrique et magnétique de la zone d intérêt Modèles gravimétriques et magnétiques 2D, 2D 1/2, 2D ¾ (GMSYS - Oasis Montaj, Geosoft) Modèles détaillés avec d avantage de contraintes géologiques et géophysiques Non-unicité des modèles pour réduire le champ des solutions

24 géologiques - Densité Densité de réduction homogène : kg m -3 Densité moyenne du système volcanique Large gamme de densités pour les roches des îles de Guadeloupe 1.6 < ρ < kg m -3 Sample reference Falaise (Fa 1 & 2) Beaugendre (Be) Vieux Habitant s (VH) Soufrière (S) Hyaloclastite (Hy 1 & 2) Description Bulk density True density Porosity (g / cm Laccadive 3 ) (g / cm 3 ) (%) Massive lava flow Massive lava flow 2,75 2,78 0,91 Altered lava flow Vesiculated lava / Various blocks in matrix Mesures de densité sur différents échantillons de la Province Géothermale de Bouillante et de La Soufrière (Gailler et al., in prep)

25 Geodynamic and Geological Context Methods and Data Interpretation Modeling and Constraints Modeling and constraints Geological Constraints - Density Interpretation Synthesis and Homogeneous reduction density : kg m -3 Average density of the volcanic system Large range of densities among the rocks of Guadeloupe Island 1.6 < ρ < kg m -3 Massive lava flows and hyaloclastites (Falaise) Sample reference Falaise (Fa 1 & 2) Beaugendre (Be) Vieux Habitant s (VH) Soufrière (S) Hyaloclastite (Hy 1 & 2) Description Bulk density True density Porosity (g / cm Laccadive 3 ) (g / cm 3 ) (%) Massive lava flow Massive lava flow 2,75 2,78 0,91 Altered lava flow Vesiculated lava Various blocks in matrix 2.13 / Measurements on various samples from the Bouillante geothermal Province and La Soufrière Volcano (Gailler et al., accepted)

26 Geodynamic and Geological Context Methods and Data Interpretation Modeling and Constraints Modeling and constraints Geological Constraints - Density Interpretation Synthesis and Homogeneous reduction density : kg m -3 Average density of the volcanic system Large range of densities among the rocks of Guadeloupe Island 1.6 < ρ < kg m -3 Sample reference Falaise (Fa 1 & 2) Beaugendre (Be) Vieux Habitant s (VH) Soufrière (S) Hyaloclastite (Hy 1 & 2) Description Bulk density True density Porosity (g / cm Laccadive 3 ) (g / cm 3 ) (%) Massive lava flow Massive lava flow 2,75 2,78 0,91 Altered lava flow Vesiculated lava / Various blocks in matrix Measurements on various samples from the Bouillante geothermal Province and La Soufrière Volcano (Gailler et al., accepted)

27 Geodynamic and Geological Context Methods and Data Interpretation Modeling and Constraints Modeling and constraints Geological Constraints - Density Interpretation Synthesis and Homogeneous reduction density : kg m -3 Average density of the volcanic system Large range of densities among the rocks of Guadeloupe Island 1.6 < ρ < kg m -3 Altered lava flow (Vieux Habitants Valley) Sample reference Falaise (Fa 1 & 2) Beaugendre (Be) Vieux Habitants (VH) Soufrière (S) Hyaloclastite (Hy 1 & 2) Description Bulk density True density Porosity (g / cm Laccadive 3 ) (g / cm 3 ) (%) Massive lava flow Massive lava flow 2,75 2,78 0,91 Altered lava flow Vesiculated lava Various blocks in matrix 2.13 / Measurements on various samples from the Bouillante geothermal Province and La Soufrière Volcano (Gailler et al., accepted)

28 géologiques Aimantation Laccadive Peu de données à l échelle des îles de Guadeloupe: 1 étude paléomagnétique (Carlut et al., 2000) : valeur moyenne de 10 A.m -1 pour la plupart des échantillons étudiés

29 Geodynamic and Geological Context Methods and Data Interpretation Modeling and Constraints Modeling and constraints Geological Constraints - Magnetization Interpretation Synthesis and Laccadive Pile of old and recent formations Brunhes formations ~10 A.m -1 Matuyama formations ~ -6 A.m -1 Altered formations ~ 0-1 A.m -1

30 géophysiques Dorel et al. (1979) Couche superficielle: matériau non- ou semi-consolidé (sédiments, pyroclastiques, produits détritiques) Couche intermédiaire: gamme de roches (sédiments consolidés, roches volcaniques, métamorphiques) Couche profonde: croûte océanique

31 Geodynamic and Geological Context Methods and Data Interpretation Modeling and Constraints Modeling and constraints Geophysical Constraints Dorel et al. (1979) Interpretation Synthesis and relationship between longitudinal wave velocity VP (km s 1 ) and density ρ (10 3 kg m 3 ) for volcanic rocks: VP = 2.81ρ 2.37±0.18 Gebrande et al. (1982)

32 Geodynamic and Geological Context Methods and Data Interpretation Modeling and Constraints Modeling and constraints Geophysical Constraints Dorel et al. (1979) Interpretation Synthesis and Profile A Profile B Profile C Layer VP (km s -1 ) ρ (10 3 kg m -3 ) VP (km s -1 ) ρ (10 3 kg m -3 ) VP (km s -1 ) ρ (10 3 kg m -3 ) Mean thickness (km) Modelled ρ (10 3 kg m -3 ) Shallow 3,00 1,91 3,00 1, to to to 3.0 2,0 Intermediate 4 to to ,50 2,44 4,50 2, to 3.0 2,4 Oceanic crust 6,00 2,98 6,00 2,98 6,10 3,01 depth from 3.1 to 4.5 3,0 Shallow layer: non- or semi-consolidated materials (sediments, pyroclastic and detritic products) Intermediate layer: large range of rocks (consolidated sediments, volcanic or metamorphic rocks) Deep layer: Oceanic crust

33 Geodynamic and Geological Context Methods and Data Interpretation Modeling and constraints Intepretation Interpretation Synthesis and First quantitative interpretation of the main gravity and magnetic anomalies at the scale of the Guadeloupe island sensu stricto along 3 large profiles Geological constraints + seismic interpretations Models from the residual gravity anomaly : influence of the deep crustal structures mostly removed Base of the models at -6 km to take into account the upper part of the oceanic crust at depth according to seismic refraction studies (Dorel et al., 1979) Join modeled of the RTP magnetic signal along the same profiles from the data upward continued at 3000 m a.s.l. : filter part of the short wavelength anomalies Simpler regional models with the assumption that the three main seismic and gravity layers are also associated with different magnetization values

34 Geodynamic and Geological Context Methods and Data Interpretation Modeling and constraints Intepretation Interpretation Synthesis and Dorel et al. (1979)

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37 Signal grande λ bien reproduit simplement par les 3 couches dérivées du modèle de sismique réfraction (Dorel et al., 1979) Signaux courtes λ ajustés en introduisant des contrastes superficiels géologiquement réalistes

38 Laccadive Socle volcanique inversement aimanté (-6 A m 1 ) associé à la couche sismqiue profonde dense & recouvrte par des formations aimantées normalement (6 A m 1 ; couche sismique intermédiaire) de la période Gauss

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40 Volcan actif modélisé comme une structure peu dense & démagnétisée (0 A m 1 ) associée à l activité volcanique et la présence d un système hydrothermal

41 Laccadive Volcan actif modélisé comme une structure peu dense & démagnétisée (0 A m 1 ) associée à l activité volcanique et la présence d un système hydrothermal

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43 Structure en dépression à la base de l île (gravimétrie, magnétisme, sismique) Dépression similaire en mer au N dans la continuité de Basse-Terre d après les études sismiques et bathymétriques (Feuillet et al., 2010) (Feuillet et al., 2010)

44 Laccadive Signal grande λ cohérent avec la géométrie générale des modèles de sismique réfraction où les modèles recoupent les lignes sismiques (Dorel et al., 1979) Contrastes de densité superficiels : formations géologiques reconnues en surface

45 Superimposition of normally and reversely magnetized structures coherent with the ages measured in surface La Soufrière : highly vesiculated and altered formations

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47 Synthèse Analyse conjointe selon 2 échelles des principales anomalies gravimétriques et magnétiques : Schéma structural général de l Arc des Petites Antilles Plus localement à l échelle des Iles de Guadeloupe

48 Contexte Géodynamique Synthèse

49 Approche géophysique grande échelle - Important jeu de données pour investiguer structure et évolution de l arc dans son ensemble - Nouvelles contraintes dans la compréhension de ce système volcano-tectonique complexe Ambiguité d interprétations quant aux aspects volcano-tectoniques Complexité de l arc, en particulier à l échelle de l Archipel de Guadeloupe

50 Approche géophysique grande échelle - Important jeu de données pour investiguer structure et évolution de l arc dans son ensemble - Nouvelles contraintes dans la compréhension de ce système volcano-tectonique complexe Ambiguité d interprétations quant aux aspects volcano-tectoniques Complexité de l arc, en particulier à l échelle de l Archipel de Guadeloupe Image régionale de la structure de l Arc des Petites Antilles Laccadive - Cohérente avec l approche locale de structure interne de l Ile de Guadeloupe - Nouvelles hypothèses concernant le système tectonique et les structure profondes de l arc Héritage lithosphérique dans la structure de l île? Rôle des principales rides bathymétriques dans la subduction?

51 Approche géophysique grande échelle - Important jeu de données pour investiguer structure et évolution de l arc dans son ensemble - Nouvelles contraintes dans la compréhension de ce système volcano-tectonique complexe Ambiguité d interprétations quant aux aspects volcano-tectoniques Complexité de l arc, en particulier à l échelle de l Archipel de Guadeloupe Image régionale de la structure de l Arc des Petites Antilles - Cohérente avec l approche locale de structure interne de l Ile de Guadeloupe - Nouvelles hypothèses concernant le système tectonique et les structure profondes de l arc Héritage lithosphérique dans la structure de l île? Rôle des principales rides bathymétriques dans la subduction? Iles de Guadeloupe : - Analyse détaillée de chaque zone d intérêt - Etablir l origine et la nature des différentes formations en profondeur

52 Merci de votre attention