The New Caledonian outer barrier reef slopes: morphology, lithology, tectonics and eustatic controls
Les pentes externes du récif barrière de la Grande Terre de Nouvelle-Calédonie: morphologie, lithologie, contrôle de la tectonique et de l'eustatisme
Résumé
This thesis is a contribution to the understanding of the New Caledonia ridge's margins structuration and the tectono-eustatic processes which controlled the structuration and the development of New Caledonian barrier reef. This study is based on the one hand on the morpho-structural analysis of the bathymetry of the New Caledonian margins (SIMRAD EM 12 and EM1002 multibeam echosounder data) and, on the other hand, on a textural analysis associated with the determination of biological assemblages realised from samples dredged on the marine terraces located along the outer slopes of the New Caledonian barrier reef.
The morpho-structural analysis reveals the sigmoidal shape of the ridge, the decrease of the slope gradient southward and the presence of landslides probably related to uplift periods of the New Caledonia ridge and/or sea level oscillations. For the first time, it has been highlighted major N110°E trending structures, cross-cutting the margins, overlapping the N135/140°E original trend of the New Caledonia ridge. Other transverse structures have been recognised; they strike N0°E, N70°E and, for a minor part, N90°E. N110°E and N-S trending faults participate actively to the barrier reef segmentation. Marine terraces vertical evolution along the margins seems to be also controlled by these N110°E and N-S trending faults which are, notably, clearly mapped at the vicinity of the “Banc de Coëtlogon” located Southeast of the Main Island. The neotectonic character of both faulting directions is demonstrated by this way.
Two main extensive periods are proposed to explain the post-obduction structuration of the New Caledonian margins. The first one, which probably occurred from the Late Oligocene to the Upper Miocene, is characterised by an extension perpendicular to the New Caledonia ridge axis, accommodated first by N130/150°E and then, by neoformed N0°E and N110°E trending faults. The second extensive period, probably Pliocene to Quaternary in age, may be related to the Vanuatu subduction which initiated at the Upper Miocene. This extension, oblique to the ridge (NNW/SSE), reactivates N110°E and N-S striking normal faults which also present respectively sinistral and dextral components and creates, mainly in the South of the Main Island, N70°E trending normal faults, parallel to the present day convergent vector.
The analysis of the uppermost slopes revealed the presence of five groups of stepped marine terraces. They seem to be better preserved close to passes and on seaward reef segments. These terraces have been interpreted as morphological relics, along the outer barrier reef slopes, of the roof of reef units developed during the Late Quaternary marine highstands, at least since the MIS 15 (610 kyr). The largest and the most exposed all over the margins, located between -70 and -85 m, has been attributed to the MIS 11 (408 kyr). The vertical evolution of the depth of this terrace along the margins is used as a vertical motion indicator. By this way, we determined that the New Caledonian barrier reef is segmented and composed by tilted blocks with independent vertical motion. The calculated mean subsiding rates since 408 kyr range from 0.13 to 0.20 mm/yr. The earthquakes (M ≥ 4), recorded by the International network between 1966 and 2002, should be associated with the reactivation of the N110°E and N70°E trending faults.
This work permitted also to complete our knowledge on the New Caledonian barrier reef development which was based only on the analysis of some drillings. Outer barrier reef slopes surrounding the Main Island are covered by foraminiferal, red algal and more rarely bryozoan crusts and also by material eroded then fallen from upper reef units. A bathymetric distribution of these crusts, variable in nature depending on depth and irradiance, has been established. From the modern sea level to 90 m depth, coralline crusts predominate because brightness is sufficient for their development. Their vertical distribution, well defined, permited us to describe three main coralline assemblages respectively observed between from 0 to -6 m, 0 to -30 m and from -15 to around -90 m. Beneath this limit, we observe a progressive substitution of the coralline crusts by foraminiferal crusts. Observed down to -160 m depth and systematically associated with Melobesoids, Sporolithon sp. and/or Peyssonnelia sp., these foraminiferal crusts are thicker and more abundant downward. Consequently, the percentage of coralline or foraminiferal crust constitutes an excellent paleo-bathymetric tool as observed in this study.
The morpho-structural analysis reveals the sigmoidal shape of the ridge, the decrease of the slope gradient southward and the presence of landslides probably related to uplift periods of the New Caledonia ridge and/or sea level oscillations. For the first time, it has been highlighted major N110°E trending structures, cross-cutting the margins, overlapping the N135/140°E original trend of the New Caledonia ridge. Other transverse structures have been recognised; they strike N0°E, N70°E and, for a minor part, N90°E. N110°E and N-S trending faults participate actively to the barrier reef segmentation. Marine terraces vertical evolution along the margins seems to be also controlled by these N110°E and N-S trending faults which are, notably, clearly mapped at the vicinity of the “Banc de Coëtlogon” located Southeast of the Main Island. The neotectonic character of both faulting directions is demonstrated by this way.
Two main extensive periods are proposed to explain the post-obduction structuration of the New Caledonian margins. The first one, which probably occurred from the Late Oligocene to the Upper Miocene, is characterised by an extension perpendicular to the New Caledonia ridge axis, accommodated first by N130/150°E and then, by neoformed N0°E and N110°E trending faults. The second extensive period, probably Pliocene to Quaternary in age, may be related to the Vanuatu subduction which initiated at the Upper Miocene. This extension, oblique to the ridge (NNW/SSE), reactivates N110°E and N-S striking normal faults which also present respectively sinistral and dextral components and creates, mainly in the South of the Main Island, N70°E trending normal faults, parallel to the present day convergent vector.
The analysis of the uppermost slopes revealed the presence of five groups of stepped marine terraces. They seem to be better preserved close to passes and on seaward reef segments. These terraces have been interpreted as morphological relics, along the outer barrier reef slopes, of the roof of reef units developed during the Late Quaternary marine highstands, at least since the MIS 15 (610 kyr). The largest and the most exposed all over the margins, located between -70 and -85 m, has been attributed to the MIS 11 (408 kyr). The vertical evolution of the depth of this terrace along the margins is used as a vertical motion indicator. By this way, we determined that the New Caledonian barrier reef is segmented and composed by tilted blocks with independent vertical motion. The calculated mean subsiding rates since 408 kyr range from 0.13 to 0.20 mm/yr. The earthquakes (M ≥ 4), recorded by the International network between 1966 and 2002, should be associated with the reactivation of the N110°E and N70°E trending faults.
This work permitted also to complete our knowledge on the New Caledonian barrier reef development which was based only on the analysis of some drillings. Outer barrier reef slopes surrounding the Main Island are covered by foraminiferal, red algal and more rarely bryozoan crusts and also by material eroded then fallen from upper reef units. A bathymetric distribution of these crusts, variable in nature depending on depth and irradiance, has been established. From the modern sea level to 90 m depth, coralline crusts predominate because brightness is sufficient for their development. Their vertical distribution, well defined, permited us to describe three main coralline assemblages respectively observed between from 0 to -6 m, 0 to -30 m and from -15 to around -90 m. Beneath this limit, we observe a progressive substitution of the coralline crusts by foraminiferal crusts. Observed down to -160 m depth and systematically associated with Melobesoids, Sporolithon sp. and/or Peyssonnelia sp., these foraminiferal crusts are thicker and more abundant downward. Consequently, the percentage of coralline or foraminiferal crust constitutes an excellent paleo-bathymetric tool as observed in this study.
Cette thèse est une contribution à la compréhension de la structuration des marges de la ride de Nouvelle-Calédonie ainsi que des processus tectoniques et eustatiques ayant contrôlé la structuration et l'édification du récif barrière de la Grande Terre de Nouvelle-Calédonie. Ce travail s'est appuyé d'une part sur une analyse morpho-structurale de la couverture bathymétrique complète des marges de la ride de Nouvelle-Calédonie (données multifaisceaux SIMRAD EM12 et EM1002) et d'autre part sur une analyse texturale couplée à une détermination des assemblages d'organismes contenus dans les échantillons prélevés par dragages sur des terrasses marines présentes à l'extérieur de la barrière récifale néo-calédonienne.
L'analyse morpho-structurale a révélé une morphologie générale sigmoïdale de la ride de Nouvelle-Calédonie, une diminution du gradient de pente du talus du Nord vers le Sud aussi bien le long des marges Est et Ouest et la présence d'arrachements vraisemblablement liés aux phases épirogéniques de la Grande Terre et aux variations du niveau de la mer au Quaternaire. Il a également été mis en évidence, pour la première fois, des structures majeures N110°E, transverses aux marges, venant se surimposer à l'orientation principale et originelle N135/140°E de la ride. D'autres structures transverses ont également été reconnues ; elles s'orientent Nord-Sud, N70°E et plus faiblement Est-Ouest. Les accidents N110°E et Nord-Sud participent pleinement à la segmentation de la barrière récifale et affectent également les terrasses marines quaternaires, notamment autour du Banc de Coëtlogon, au Sud-Est de la Grande Terre, leur conférant ainsi un caractère néotectonique.
Deux phases extensives sont proposées pour expliquer la structuration post-obduction des marges de la ride de Nouvelle-Calédonie. La première, probablement d'âge fini Oligocène à Miocène supérieur, est caractérisée par une extension perpendiculaire à l'axe de la ride, accommodée tout d'abord par des failles N135/140°E parallèles à la Grande Terre puis par des accidents Nord-Sud et N110°E alors néoformés. La seconde phase, probablement d'âge plio-quaternaire, est associée à la subduction active du Vanuatu qui débute au Miocène supérieur. Cette structuration, liée à une extension NNW/SSE oblique à la ride, reprend les accidents N110°E et Nord-Sud, à composante respective sénestre et dextre, et initie, principalement dans le Sud de la Grande Terre, le développement de failles normales N70°E, parallèles au vecteur de convergence actuel.
L'analyse des pentes sommitales des marges a révélé la présence de cinq groupes de terrasses marines. Celles-ci apparaissent mieux développées à proximité des grandes passes ainsi que sur les avancées récifales. Ces terrasses ont été interprétées comme étant la signature morphologique, le long des pentes externes de la barrière récifale néo-calédonienne, du toit d'unités récifales développées au cours des derniers hauts niveaux marins, au moins dès le MIS 15 (610 ka). La terrasse la plus étendue et la plus présente sur l'ensemble des marges, située entre -70 et -85 m, est rattachée au haut niveau marin du MIS 11 (408 ka). La distribution verticale, le long des marges, de la profondeur de cette terrasse a été utilisée comme traceur de mouvements verticaux. Ainsi, il est montré que le récif barrière de Nouvelle-Calédonie est segmenté en blocs basculés à mouvements verticaux indépendants. Les taux de subsidence moyenne calculés depuis 408 ka s'échelonnent entre 0,13 et 0,20 mm/an pour l'ensemble des marges de la ride de Nouvelle-Calédonie. Les séismes de magnitude supérieure ou égale à 4, enregistrés par le réseau mondial entre 1966 et 2002, seraient vraisemblablement liés au fonctionnement des failles majeures orientées N110°E ainsi que des accidents Nord–Sud et N70°E transverses à la ride de Nouvelle-Calédonie qui viennent d'être mis en évidence dans ce travail.
Cette étude a également permis de compléter nos connaissances sur les processus d'édification du récif barrière de Nouvelle-Calédonie qui étaient uniquement basées, jusqu'à présent, sur l'analyse de quelques forages. Les pentes externes du récif barrière, ceinturant la Grande Terre, sont recouvertes par d'épais encroûtements modernes d'algues rouges, de foraminifères et plus rarement de bryozoaires et de matériels issus de chutes gravitaires. Une zonation bathymétrique de ces croûtes, de nature variable en fonction de la profondeur et en fonction de l'irradiance, a pu être établie. De la surface à -90 m ce sont des encroûtements à algues rouges qui prédominent car la luminosité est suffisante à leur développement. Celles-ci présentent une répartition verticale bien définie qui nous a permis de décrire trois groupes d'associations algaires retrouvés respectivement entre 0 et -6 m, 0 à -30 m et entre -15 et -90 m. En dessous de -90 m environ, on observe un remplacement progressif des encroûtements algaires par des encroûtements de foraminifères. Ces encroûtements, observés jusqu'à environ -160 m, dont à la fois l'abondance relative et l'épaisseur croîent avec la profondeur, sont alors systématiquement associés à des Mélobésoïdés, Sporolithon sp. et/ou Peyssonnelia sp. (association algaire profonde) qui ne prédominent plus en raison d'une irradiance trop faible. Le pourcentage relatif d'encroûtements algaires et de foraminifères constitue un outil de paléo-bathymétrie très fiable comme observé dans cette étude.
L'analyse morpho-structurale a révélé une morphologie générale sigmoïdale de la ride de Nouvelle-Calédonie, une diminution du gradient de pente du talus du Nord vers le Sud aussi bien le long des marges Est et Ouest et la présence d'arrachements vraisemblablement liés aux phases épirogéniques de la Grande Terre et aux variations du niveau de la mer au Quaternaire. Il a également été mis en évidence, pour la première fois, des structures majeures N110°E, transverses aux marges, venant se surimposer à l'orientation principale et originelle N135/140°E de la ride. D'autres structures transverses ont également été reconnues ; elles s'orientent Nord-Sud, N70°E et plus faiblement Est-Ouest. Les accidents N110°E et Nord-Sud participent pleinement à la segmentation de la barrière récifale et affectent également les terrasses marines quaternaires, notamment autour du Banc de Coëtlogon, au Sud-Est de la Grande Terre, leur conférant ainsi un caractère néotectonique.
Deux phases extensives sont proposées pour expliquer la structuration post-obduction des marges de la ride de Nouvelle-Calédonie. La première, probablement d'âge fini Oligocène à Miocène supérieur, est caractérisée par une extension perpendiculaire à l'axe de la ride, accommodée tout d'abord par des failles N135/140°E parallèles à la Grande Terre puis par des accidents Nord-Sud et N110°E alors néoformés. La seconde phase, probablement d'âge plio-quaternaire, est associée à la subduction active du Vanuatu qui débute au Miocène supérieur. Cette structuration, liée à une extension NNW/SSE oblique à la ride, reprend les accidents N110°E et Nord-Sud, à composante respective sénestre et dextre, et initie, principalement dans le Sud de la Grande Terre, le développement de failles normales N70°E, parallèles au vecteur de convergence actuel.
L'analyse des pentes sommitales des marges a révélé la présence de cinq groupes de terrasses marines. Celles-ci apparaissent mieux développées à proximité des grandes passes ainsi que sur les avancées récifales. Ces terrasses ont été interprétées comme étant la signature morphologique, le long des pentes externes de la barrière récifale néo-calédonienne, du toit d'unités récifales développées au cours des derniers hauts niveaux marins, au moins dès le MIS 15 (610 ka). La terrasse la plus étendue et la plus présente sur l'ensemble des marges, située entre -70 et -85 m, est rattachée au haut niveau marin du MIS 11 (408 ka). La distribution verticale, le long des marges, de la profondeur de cette terrasse a été utilisée comme traceur de mouvements verticaux. Ainsi, il est montré que le récif barrière de Nouvelle-Calédonie est segmenté en blocs basculés à mouvements verticaux indépendants. Les taux de subsidence moyenne calculés depuis 408 ka s'échelonnent entre 0,13 et 0,20 mm/an pour l'ensemble des marges de la ride de Nouvelle-Calédonie. Les séismes de magnitude supérieure ou égale à 4, enregistrés par le réseau mondial entre 1966 et 2002, seraient vraisemblablement liés au fonctionnement des failles majeures orientées N110°E ainsi que des accidents Nord–Sud et N70°E transverses à la ride de Nouvelle-Calédonie qui viennent d'être mis en évidence dans ce travail.
Cette étude a également permis de compléter nos connaissances sur les processus d'édification du récif barrière de Nouvelle-Calédonie qui étaient uniquement basées, jusqu'à présent, sur l'analyse de quelques forages. Les pentes externes du récif barrière, ceinturant la Grande Terre, sont recouvertes par d'épais encroûtements modernes d'algues rouges, de foraminifères et plus rarement de bryozoaires et de matériels issus de chutes gravitaires. Une zonation bathymétrique de ces croûtes, de nature variable en fonction de la profondeur et en fonction de l'irradiance, a pu être établie. De la surface à -90 m ce sont des encroûtements à algues rouges qui prédominent car la luminosité est suffisante à leur développement. Celles-ci présentent une répartition verticale bien définie qui nous a permis de décrire trois groupes d'associations algaires retrouvés respectivement entre 0 et -6 m, 0 à -30 m et entre -15 et -90 m. En dessous de -90 m environ, on observe un remplacement progressif des encroûtements algaires par des encroûtements de foraminifères. Ces encroûtements, observés jusqu'à environ -160 m, dont à la fois l'abondance relative et l'épaisseur croîent avec la profondeur, sont alors systématiquement associés à des Mélobésoïdés, Sporolithon sp. et/ou Peyssonnelia sp. (association algaire profonde) qui ne prédominent plus en raison d'une irradiance trop faible. Le pourcentage relatif d'encroûtements algaires et de foraminifères constitue un outil de paléo-bathymétrie très fiable comme observé dans cette étude.
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