Zagros continental collision zone (Iran): lithospheric structute by analysis of seismological data
La chaîn de collision continentale du Zagros (Iran): Structure lithosphérique par analyse de données sismologique
Résumé
The Zagros mountain belt situated on the northern margin of the Arabian plate, is one of the youngest belts of continental collision. This belt was built by the collision of the Arabian plate with the central Iranian micro-continent. A seismological experiment, called “ Zagros 2000-2001 ”, was realized by collaboration between LGIT and IIEES to study the lithospheric structure beneath this collision belt and some part of the central Iranian block. We used the data obtained during this experiment to characterise the structure of the crust and the lithospheric mantle under the stations network. The analysis of receiver functions was used to investigate the variations of the crustal thickness under the network. By this analysis, we have found a thickening by 20 km over a region of about 100 km width just on the northeast of the MZT (“ Main Zagros Thrust “). The average crustal thickness of 45 and 40 km were found respectively for the Zagros and central Iran. We've then proposed a crustal model in which the Moho was constrained using the results obtained by the receiver functions analysis. This model was tried to be compatible with gravimetric data. The thickening of the crust on NE of the MZT was interpreted to be related to overthrusting of the central Iranian crust onto the Zagros crust. We have also characterised the upper mantle structure to depth of 350 km by inversion of more than 5000 arrival times of teleseismic P waves. The results of this inversion show a fast upper mantle beneath the Zagros and a slow one beneath central Iran. We may relate the presence of a slow upper mantle beneath central Iran to delamination of the lithospheric mantle. In excess, the presence of a slow and light mantle beneath central Iran may explain the relatively high elevation of the Iranian plateau. The analysis of splitting of teleseismic S-waves show that the lithosphere of the Zagros and central Iran are different in terms of seismic anisotropy. This analysis underlined the absence of splitting beneath the Zagros as opposed to some regions in central Iran where we've observed an average splitting of more than 1 sec. On the other hand, we didn't observe any clear relation between the direction of the fast axes of the observed splitting and the direction of relative or absolute plate motions. The observed splitting should be produced by some “ fossil anisotropy ” into the lithosphere of central Iran. This anisotropy may be related to a tectonic episode before the continental collision between the two plates.
La chaîne du Zagros située sur la marge septentrionale de la plaque Arabie, est l'une des plus jeunes chaînes de collision continentale. Elle a été structurée par la collision de la plaque Arabie avec le microcontinent d'Iran central. Une expérience sismologique, appelée « Zagros 2000-2001 », a été réalisée dans le cadre d'une collaboration entre le LGIT et l'IIEES pour étudier la structure lithosphérique sous cette chaîne de collision et une partie du bloc d'Iran Central. Le jeu de données de cette expérience nous a permis de caractériser la structure de la croûte et du manteau lithosphérique sous le réseau de stations. Les variations de l'épaisseur de croûte ont été mises en évidence par analyse en fonctions récepteur. Elles sont caractérisées par un sur-épaississement maximum de 20 km sur une largeur d'environ 100 km immédiatement au nord-est du MZT (« Main Zagros Thrust »). Une épaisseur moyenne de croûte de 45 km a été trouvée sous le Zagros et de 40 km sous l'Iran Central. Nous avons ensuite proposé un modèle de croûte, contraint par la géométrie du Moho tirée de l'analyse en fonctions récepteur, qui est aussi compatible avec les données gravimétriques. Le sur-épaississement est interprété comme lié à un redoublement crustal avec chevauchement de la croûte d'Iran central sur celle du Zagros le long du MZT. L'inversion de plus de 5000 temps d'arrivée P télésismiques nous a permis de caractériser la structure du manteau supérieur jusqu'à 350 km de profondeur. Les résultats de cette inversion montrent un manteau supérieur rapide sous le Zagros et lent sous l'Iran central. Ceci peut être lié à une délamination du manteau lithosphérique sous l'Iran central. La présence d'un manteau lent et léger sous l'Iran central peut expliquer la haute altitude moyenne du plateau iranien. L'analyse de la biréfringence des ondes S télésismiques montre une différence majeure entre la lithosphère du Zagros et celle de l'Iran Central en terme d'anisotropie sismique. Cette analyse met en évidence l'absence de biréfringence des ondes S télésismiques sous le Zagros par opposition à certaines régions d'Iran Central. D'autre part, aucun lien n'est observé entre la direction de l'axe rapide de la biréfringence observée en Iran central et le déplacement actuel relatif ou absolu des plaques. La biréfringence observée doit donc avoir son origine dans une anisotropie gelée dans la lithosphère du bloc d'Iran central liée à un épisode tectonique plus ancien que la collision continentale entre les deux plaques.