Syn-to post-rift topographic tectonique and sedimentary evolution of the west African transform margin Jing Ye To cite this version: Jing Ye. Syn-to post-rift topographic tectonique and sedimentary evolution of the west African transform margin. Earth Sciences. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2016. English. NNT : 2016TOU30218. tel-01561691 HAL Id: tel-01561691 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01561691 Submitted on 13 Jul 2017 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. 5)µ4& &OWVFEFMPCUFOUJPOEV %0$503"5%&-6/*7&34*5²%&506-064& %ÏMJWSÏQBS Université Toulouse 3 Paul Sabatier (UT3 Paul Sabatier) 1SÏTFOUÏFFUTPVUFOVFQBS Jing YE le lundi 7 novembre 2016 5JUSF Évolution Topographique, Tectonique et Sédimentaire Syn- à Post-rift de la Marge Transformante Ouest Africaine ²DPMF EPDUPSBMF et discipline ou spécialité ED SDU2E : Sciences de la Terre et des Planètes Solides 6OJUÏEFSFDIFSDIF UMR 5563 %JSFDUFVSUSJDF T EFʾÒTF Delphine ROUBY Dominique CHARDON Jury: Sébastien CARRETIER (président du jury) Gianreto MANATSCHAL (rapporteur) Dominique FRIZON DE LAMOTTE (rapporteur) Sébastien CASTELLTORT (rapporteur) Mary FORD (examinatrice) Résumé Cette thèse présente la première étude Source-to-Sink de la marge Atlantique Equatoriale africaine au Méso- Cénozoïque. Nous avons dans un premier temps produit, à partir d’une nouvelle méthode intégrant les limites d’érosion des dépôts préservés dans les bassins et leur extension initiale minimum, une nouvelle reconstruction paléogéographique et structurale couplant pour la première fois le continent ouest africain et l’Atlantique Equatoriale au cours du Méso-Cénozoïque. Ceci nous permet de suivre l’évolution depuis 200 Ma des domaines en érosion (sources) et en sédimentation (puits) à l’échelle continentale. Nous montrons en particulier qu’au Crétacé supérieur la zone correspondait à un grand bassin intracratonique Saharien qui exportaient ses sédiments à la fois vers la Téthys et vers l’Atlantique Equatoriale. La fragmentation de ce bassin a eu lieu à l’Oligocène par le soulèvement du bouclier du Hoggar qui a isolé les petits dépôt-centres résiduels actuels. Le développement de cette topographie particulière est issu de la superposition de différentes longueurs d’onde de déformation à l’échelle continentale combinant les bourrelets marginaux longeant la marge équatoriale et un bombement de type « point chaud ». Nous avons ensuite caractérisé, à partir de l’interprétation des données sismiques et des puits, la segmentation de la marge continentale équatoriale en segments transformants et divergents et l’architecture stratigraphique post-rift du prisme stratigraphique associée au Crétacé Supérieur. Nous montrons que les parties proximales (dépôts de plateforme et pente continentale) des prismes stratigraphiques du Crétacé Supérieur ne sont préservés que le long des segments divergents de la marge, et pas le long des segments transformants. Nous interprétons cette différence de préservation comme résultant de mouvements verticaux post-rift plus importants dans les domaines proximaux des segments transformants empêchant la préservation des termes proximaux des systèmes sédimentaires. La caractérisation des architectures stratigraphiques post-rifts a ensuite permis la quantification des volumes sédimentaires préservés dans ces bassins de marges passives. En parallèle, de nouvelles données de thermochronologie basse-température (AFTA et (U-Th-Sm/He sur apatite) acquises à l’Université de Glasgow sur les échantillons de trois profils perpendiculaires à la marge équatoriale ont permis de quantifier l’histoire de l’érosion et les volumes dénudés sur le domaine continental au cours du Méso-Cénozoïque. Ces données montrent que le seul événement thermique majeur enregistré correspond au refroidissement lié à la dénudation d’une topographie syn-rift le long de la marge. Le bilan d’érosion et d’accumulation montre que les ordres de grandeur des volumes dénudés et accumulés sont comparables à l’échelle de la marge équatoriale au cours du Méso-Cénozoïque. Certaines périodes (Crétacé Supérieur et depuis le Miocène Supérieur), montrent cependant un excès d’accumulation qui pourrait être associé à la remobilisation de sédiments précédemment stockés dans des bassins intracontinentaux ou sur la plateforme de la marge. Mots clés : marge passive, bassin intracratonique, rifting, source-to-sink, paléogéographie, l’Océan Atlantique Equatoriale, Afrique, bilan d’érosion, bilan d’accumulation 1 Abstract Abstract This PhD thesis presents the first source-to-sink study of the African Atlantic Equatorial margin. We established new Meso-Cenozoic paleogeographic and structural reconstructions, integrating the West African sub- continent and the Equatorial Atlantic Ocean, based on a new mapping method defining both erosion limits of preserved deposits and their minimum original extension. We show the evolution over 200 Myrs of the eroding (sources) and accumulating domains (sinks) at continental scale. We demonstrate in particular that during the Cretaceous, a large Saharan intracratonic basin was exporting sediments toward both the Tethys and the future Atlantic Equatorial Ocean. The fragmentation of this basin occurred in the Oligocene, by the growth of the Hoggar swell that isolated the present- day small residual depot-centers. The development of this specific “basin and swell” topography results from the superimposition of various deformation wavelength at continental scale combining a marginal upwarp along the equatorial margin and a hot spot swell. We then characterized, from the interpretation of seismic data and well logs, the segmentation of the Equatorial Atlantic passive margin and the stratigraphic architecture of the post-rift Upper Cretaceous sedimentary wedge. We show that the proximal parts of the Late Cretaceous sedimentary wedge are only preserved along divergent segments of the margin and not along transform segments. We interpret this differential preservation as the result of a greater uplift, during the early post-rift, in the proximal parts of the transform segments preventing the preservation of the proximal terms of the sedimentary systems. The transform segments are associated with narrow necking zone, resulting in greater flexural uplift than divergent segments showing wider necking zones, in particular during the early post-rift. The characterization of the stratigraphic architecture of the post-rift sedimentary wedge then allowed for the quantification of accumulation history in the passive margin basins. New low-temperature thermochronological data (AFTA and Apatite (U-Th-Sm)/He) acquired at the University of Glasgow on the samples of three regional transects perpendicular to the margin allowed for the quantification of the denudation history and eroded volume on the continental domain. These data shows that the major thermal event recorded by those samples is the cooling phase related to the erosion of a rift-related topography along the margin. Erosion and accumulation budgets fall within the same order of magnitude. During some given periods (Late Cretaceous and since the Late Miocene), excess in accumulation may be associated with the reworking of sediments previously stored within intracontinental basins or on the shelf of the margin. Key words: passive margin, intracratonic basin, rifting, source-to-sink, paleogeography, Atlantic Equatorial Ocean, Africa, erosion budget, accumulation budget 2 Table of Contents Table of Contents RESUME....................................................................................................................................1 ABSTRACT.................................................................................................................................2 TABLEOFCONTENTS.................................................................................................................3 REMERCIEMENTS......................................................................................................................7 LISTOFFIGURES........................................................................................................................8 LISTOFTABLES........................................................................................................................13 INTRODUCTION.......................................................................................................................14 CHAPTER1: TRANSFORMMARGINS:ASHORTREVIEW.........................................................18 1.1. PASSIVEMARGINCLASSIFICATION:RIFTEDVSTRANSFORMMARGINS......................19 1.2. GEODYNAMICMODELOFTRANSFORMMARGINS.......................................................22 1.3. EQUATORIALATLANTICTRANSFORMMARGINSOFWESTAFRICA..............................24 1.3.1. MarginSegmentation...............................................................................................24 1.3.2. IvoryCoastGhanaTransformMargin......................................................................26 CHAPTER2: CONTEXTEGEOLOGIQUEDEL’AFRIQUEDEL’OUEST...........................................30