Resumen de Surface processes versus kinematics of thrust belts: : impact on rates of erosion, sedimentation, and exhumation -- Insights from analogue models

Cécile Bonnet, Jacques Malavieille, Jon Mosar

• English

  The mechanical equilibrium of an orogenic wedge is maintained thanks to interactions between tectonic processes and surface processes. To better constrain the influence of erosion and sedimentation on the evolution of orogens, we performed a series of analogue models based on the tapered wedge principle, varying the amounts of erosion and sedimentation. The models develop by frontal accretion in the foreland basin and by simple underthrusting and subsequent underplating in the hinterland. The variations in rates of erosion and sedimentation strongly modify the extent, the morphology, the structures, the timing of development and the material paths in the different models. Under certain conditions, entire structural units can be formed and subsequently eroded out of the geological record, leading to important underestimations when restoring sections. Particles located in the converging lower-plate or in the upper-plate show complex uplift paths related to tectonic stages. The correlation between models and three Alpine tectonic cross-sections emphasizes the role of erosion and sedimentation on the dynamics and development of the orogen and adjacent Molasse basin. Along strike changes in the present structure of the orogen could be explained in part by differences in surface processes.

• français

  L'équilibre mécanique d'un prisme orogénique dépend des interactions entre les processus tectoniques et les processus de surface. Afin de mieux contraindre l'influence de l'érosion et de la sédimentation sur l'évolution d'un orogène, nous avons réalisé une série de modèles analogiques de prismes d'accrétion, au cours desquels les taux d'érosion et de sédimentation varient. Les conditions initiales géométriques et cinématiques de la modélisation tiennent compte de l'hétérogénéité rhéologique liée à l'héritage structural, sédimentologique ou mécanique et rencontrée dans la plupart des avants-pays de chaînes. Deux mécanismes tectoniques principaux agissent dans le prisme, l'accrétion frontale et le sous-placage. L'érosion et la sédimentation conditionnent en interaction les transferts de matière. Le développement de chevauchements en séquence au front implique également les dépôts syntectoniques du bassin d'avant-pays. Simultanément, l'accrétion par sous-placage se manifeste essentiellement par des mouvements verticaux et la formation de duplex accommodant le raccourcissement dans les domaines plus internes du prisme. Les variations du ratio érosion/sédimentation influent fortement sur la structure tectonique des modèles, la cinématique, les transferts de matière et l'exhumation au sein du prisme. Les implications structurales sont nombreuses. Par exemple, au cours de l'évolution d'une chaîne, des unités structurales entières sont érodées et peuvent disparaître hors de l'enregistrement sédimentaire, conduisant à d'importantes sous-estimations des taux de raccourcissement lors de la restauration de coupes tectoniques. Des particules situées dans des unités tectoniques différentes suivent des trajectoires d'enfouissement et d'exhumation complexes, directement contrôlées par ces interactions tectonique -- processus de surface. La comparaison entre les modèles et trois coupes tectoniques dans l'avant-pays Alpin met en valeur le rôle de l'érosion et de la sédimentation sur la dynamique du front de l'orogène et le développement du bassin molassique. Une partie des changements structuraux observés le long de l'axe de la chaîne, pourrait correspondre à une réponse tectonique différente liée aux variations dans les processus de surface.